KR102814169B1 - Method for measuring wet adhesive strength of insulation layer using ultrasonic waves and system measuring wet adhesive strength of insulation layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력 측정 방법 및 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템에 관한 것으로, 전극 제조시 적용되는 절연층에 대하여 전해액 함침 상태를 반영한 습윤 접착력을 용이하게 측정할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a method for measuring the wet adhesion of an insulating layer using ultrasonic waves and a system for measuring the wet adhesion of an insulating layer, which have the advantage of easily measuring the wet adhesion reflecting the electrolyte impregnation state of an insulating layer applied during electrode manufacturing.
Description
본 발명은 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력 측정 방법 및 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the wet adhesion of an insulating layer using ultrasonic waves and a system for measuring the wet adhesion of an insulating layer.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있다.As technological development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, much research is being conducted on batteries that can meet various needs.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도, 방전 전압, 안전성이 우수한 리튬 코발트 폴리머 전지와 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.In terms of battery shape, there is a high demand for square batteries and pouch-type batteries that can be applied to products such as mobile phones due to their thin thickness, and in terms of materials, there is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium cobalt polymer batteries that have excellent energy density, discharge voltage, and safety.
이러한 이차 전지에서 주요 연구과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 전지의 안전성 관련 사고의 주요한 원인은 양극과 음극간의 단락으로 인한 비정상적인 고온 상태의 도달에 기인한다. 즉, 정상적인 상황에서는 양극과 음극간의 분리막이 위치하여 전기적 절연을 유지하고 있으나, 전지가 과충전 또는 과방전을 일으키거나, 전극 재료의 수지상 성장(dendritic growth) 또는 이물에 의한 내부 단락을 일으키거나, 못, 나사 등의 예리한 물체가 전지를 관통하거나, 외력에 의해 전지에 무리한 변형이 가해지는 등의 비정상적인 상황에서는 기존 분리막으로는 한계를 보이게 된다.One of the major research tasks in these secondary batteries is to improve safety. The main cause of safety-related accidents in batteries is due to abnormal high temperature conditions caused by short circuits between the positive and negative electrodes. In other words, under normal circumstances, the separator between the positive and negative electrodes is located to maintain electrical insulation, but under abnormal circumstances such as overcharge or overdischarge of the battery, dendritic growth of electrode materials or internal short circuit caused by foreign substances, sharp objects such as nails or screws piercing the battery, or excessive deformation of the battery due to external force, the existing separator shows its limitations.
일반적으로, 분리막은 폴리올레핀 수지로 이루어진 미세다공막이 주로 이용되고 있으나, 그 내열온도가 120 내지 160℃ 정도로서 내열성이 불충분하다. 따라서, 내부 단락이 발생하면, 단락 반응열에 의해 분리막이 수축하여 단락부가 확대되고, 더 크고 많은 반응열이 발생하는 열폭주(thermal runaway) 상태에 이르게 되는 문제가 있었다. 이러한 현상은 전극을 적층시 전극 활물질이 코팅된 전극 집전체의 전극 활물질 도포 단부에서 주로 발생하는 바, 외부 충격 또는 고온 하에서 전극의 단락 가능성을 낮추기 위하여 다양한 방법이 시도되어 왔다.In general, the separator is mainly a microporous membrane made of polyolefin resin, but its heat resistance is insufficient as its heat resistance temperature is about 120 to 160℃. Therefore, when an internal short circuit occurs, the separator shrinks due to the short circuit reaction heat, the short circuit area expands, and a thermal runaway state occurs in which a larger amount of reaction heat is generated. This phenomenon mainly occurs at the electrode active material-coated end of the electrode current collector coated with the electrode active material when stacking electrodes, and various methods have been attempted to reduce the possibility of a short circuit of the electrode under external impact or at high temperatures.
구체적으로, 전지의 내부 단락을 해결하기 위하여, 전극의 무지부와 합제층의 일부에 절연 테이프를 부착하거나, 절연액을 코팅시켜 절연 코팅층을 형성하는 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 양극의 무지부와 합제층의 일부에는 절연목적의 바인더를 도포하거나, 상기 바인더와 무기 입자의 혼합물을 용매에 분산시킨 절연액을 코팅(이하, 절연 코팅층)하는 방법이 있다.Specifically, in order to solve the internal short circuit of the battery, a method has been proposed of forming an insulating coating layer by attaching an insulating tape to a part of the non-conductive part and the composite layer of the electrode, or by coating an insulating liquid. For example, a method has been proposed of applying a binder for insulating purposes to a part of the non-conductive part and the composite layer of the positive electrode, or of coating an insulating liquid (hereinafter, an insulating coating layer) by dispersing a mixture of the binder and inorganic particles in a solvent.
한편, 이차전지의 전극 제조 공정에서, 기계적/환경적 하중이 전극에 인가되므로, 특정 단계 이후, 혹은 부위별로 금속 시편을 샘플링하고, 이에 대한 물성 평가가 요구된다. 전극의 물성 평가 중 절연층의 접착력은 이차전지의 안정성에 영향을 주는 주요한 인자인 바, 제조 공정 중에는 전극 집전체 상에 절연층의 접착력을 측정하는 공정이 요구된다. 구체적으로, 절연층의 접착력 측정 방법은 금속 시편으로부터 절연층을 벗겨내어 박리강도(Peel strength)를 측정한다.Meanwhile, in the electrode manufacturing process of a secondary battery, since mechanical/environmental loads are applied to the electrode, metal specimens are sampled after a certain stage or by section, and their physical properties are required to be evaluated. Among the physical properties of the electrode, the adhesive strength of the insulating layer is a major factor affecting the stability of the secondary battery, so a process of measuring the adhesive strength of the insulating layer on the electrode current collector is required during the manufacturing process. Specifically, the method of measuring the adhesive strength of the insulating layer is to peel the insulating layer from the metal specimen and measure the peel strength.
상술한 바와 같이, 통상적인 절연층의 접착력 측정 방법은 건조된 상태의 절연층의 박리 강도를 측정하게 된다.As described above, a conventional method for measuring the adhesion of an insulating layer measures the peel strength of the insulating layer in a dried state.
그러나, 실제 이차전지 내에서의 전극은 전해액에 함침된 상태로 존재한다. 따라서, 보다 정확한 이차전지의 안정성을 평가하기 위해서는 전극 제조시 적용되는 절연층에 대하여 전해액 함침 상태를 반영한 습윤 접착력을 측정할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.However, the electrodes in an actual secondary battery exist in a state of being immersed in an electrolyte. Therefore, in order to evaluate the stability of a secondary battery more accurately, a technology is needed that can measure the wet adhesion that reflects the electrolyte immersion state of the insulating layer applied during electrode manufacturing.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력 측정 방법 및 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the above problems, and aims to provide a method for measuring the wet adhesive strength of an insulating layer using ultrasonic waves and a system for measuring the wet adhesive strength of an insulating layer.
상술된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하나의 예에서, 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침(wetting) 하는 단계; 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계; 및 금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계를 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 제공한다.In order to solve the above-described problem, the present invention provides a method for measuring wet adhesion of an insulating layer, including, in one example, the steps of: wetting a metal specimen having an insulating layer formed thereon in an electrolyte; applying ultrasonic waves to the electrolyte in which the metal specimen is impregnated; and checking the adhesion of the insulating layer formed on the metal specimen.
구체적인 예에서, 상기 금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계는, 절연층의 스웰링 및 탈리 여부를 확인하는 과정을 포함한다.In a specific example, the step of checking the adhesion of the insulating layer formed on the metal specimen includes a process of checking whether the insulating layer is swelling or detached.
다른 하나의 예에서, 상기 금속 시편의 절연층의 접착력을 확인하는 단계는, 전해액이 함침된 금속 시편을 고정한 상태에서, 절연층의 일측에 인장력을 가해 금속 시편으로부터 절연층이 박리되는 힘을 측정하는 절연층의 접착력을 측정하는 과정을 포함할 수 있다.In another example, the step of checking the adhesion of the insulating layer of the metal specimen may include a process of measuring the adhesion of the insulating layer by applying a tensile force to one side of the insulating layer while fixing the metal specimen impregnated with the electrolyte and measuring the force at which the insulating layer is peeled off from the metal specimen.
이때, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 금속 시편을 전해액에 함침하는 단계 이전, 절연층의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 절연층의 셀프 스탠딩 영역을 형성하는 단계는, 절연층의 일측이 금속 시편으로부터 수직하는 방향으로 자립하도록 절연층의 일측 단부를 박리하는 과정을 포함할 수 있다.At this time, the method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention may further include a step of forming a self-standing region of the insulating layer before the step of impregnating the metal specimen with an electrolyte. In a specific example, the step of forming the self-standing region of the insulating layer may include a process of peeling off one end of the insulating layer so that one side of the insulating layer becomes self-standing in a direction perpendicular to the metal specimen.
상기 금속 시편을 전해액에 함침시키는 단계는, 절연층의 셀프 스탠딩 영역을 제외한 금속 시편을 전해액에 함침시키는 과정을 포함할 수 있다.The step of impregnating the metal specimen with the electrolyte may include a process of impregnating the metal specimen, excluding the self-standing region of the insulating layer, with the electrolyte.
아울러, 상기 절연층의 접착력을 측정하는 단계는, 절연층이 형성되지 않은 금속 시편의 일면을 테스트 기판에 부착하는 과정을 포함할 수 있다.In addition, the step of measuring the adhesion of the insulating layer may include a process of attaching one side of a metal specimen on which the insulating layer is not formed to a test substrate.
또한, 절연층의 접착력을 측정하는 단계는, 절연층의 일측을 테스트 기판과 수직하는 방향으로 인장하는 과정을 포함할 수 있다.Additionally, the step of measuring the adhesion of the insulating layer may include a process of pulling one side of the insulating layer in a direction perpendicular to the test substrate.
한편, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는, 팁 소니케이터(tip sonicator) 또는 배스 소니케이터(bath sonicator)에 의하여 수행될 수 있다.Meanwhile, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte can be performed by a tip sonicator or a bath sonicator.
이때, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는, 1kHz 내지 200kHz 의 초음파를 1 내지 10 분 동안 인가하는 과정을 포함할 수 있다.At this time, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte may include a process of applying ultrasonic waves of 1 kHz to 200 kHz for 1 to 10 minutes.
이때, 상기 전해액은 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트(VC), 비닐에틸렌 카보네이트(VEC), 부틸렌카보네이트, 에틸프로피오네이트, 에틸부티레이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 감마-발레로락톤, 마-부티로락톤 및 테트라하이드로퓨란으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 유기 용매를 포함할 수 있다.At this time, the electrolyte may include at least one organic solvent selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), butylene carbonate, ethyl propionate, ethyl butyrate, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, gamma-valerolactone, ma-butyrolactone, and tetrahydrofuran.
또한, 상기 금속 시편은, 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 합금일 수 있으며, 절연층은, 바인더 고분자; 또는 무기입자와 바인더 고분자를 포함할 수 있다.Additionally, the metal specimen may be aluminum, copper or an aluminum alloy, and the insulating layer may include a binder polymer; or inorganic particles and a binder polymer.
또한, 본 발명은 하나의 예에서, 내부에 전해액이 수용되며, 절연층이 형성된 금속 시편이 함침되는 수조; 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 초음파 분산기; 및 전해액에 함침된 금속 시편이 부착되는 테스트 기판을 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a system for measuring wet adhesion of an insulating layer, including, in one example, a tank containing an electrolyte therein and impregnated with a metal specimen having an insulating layer formed thereon; an ultrasonic disperser applying ultrasonic waves to the electrolyte impregnated with the metal specimen; and a test substrate to which the metal specimen impregnated with the electrolyte is attached.
이때, 초음파 분산기는 팁 소니케이터(tip sonicator) 또는 배스 소니케이터(bath sonicator) 일 수 있다.At this time, the ultrasonic disperser can be a tip sonicator or a bath sonicator.
다른 하나의 예에서, 상기 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템은 전해액에 함침된 금속 시편이 부착되는 테스트 기판; 금속 시편이 부착된 테스트 기판을 고정하는 고정 지그; 및 절연층의 일측을 파지하는 그립부를 포함하고, 파지된 절연층에 인장력을 가해 금속 시편으로부터 절연층이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정장치를 포함한다.In another example, the wet adhesion measurement system of the insulating layer includes a test substrate to which a metal specimen immersed in an electrolyte is attached; a fixing jig for fixing the test substrate to which the metal specimen is attached; and an adhesion measurement device including a gripping portion for holding one side of the insulating layer, and applying a tensile force to the held insulating layer to measure a force for peeling the insulating layer from the metal specimen.
아울러, 상기 고정 지그는, 테스트 기판이 안착되는 안착부; 및 안착부에 설치되어, 테스트 기판의 일측과 타측을 각각 고정하는 바 형태의 제1 및 제2 고정부를 포함할 수 있으며, 상기 제2 고정부의 일측은 힌지핀에 의해 회동 가능한 상태로 결속된 구조일 수 있다.In addition, the fixing jig may include a fixing portion on which a test substrate is fixed; and first and second fixing portions in the form of bars installed on the fixing portion to fix one side and the other side of the test substrate, respectively; and one side of the second fixing portion may be a structure in which it is rotatably connected by a hinge pin.
또한, 상기 접착력 측정장치는, 90°박리 시험기(Peel tester) 일 수 있다.Additionally, the adhesion measuring device may be a 90° peel tester.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력 측정 방법 및 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템은 전극 제조시 적용되는 절연층에 대하여 전해액 함침 상태를 반영할 수 있으며, 절연층의 습윤 접착력을 보다 정확하고, 용이하게 측정할 수 있는 이점이 있다.The method for measuring wet adhesion of an insulating layer using ultrasonic waves according to the present invention and the system for measuring wet adhesion of an insulating layer can reflect the electrolyte impregnation state of an insulating layer applied during electrode manufacturing, and have the advantage of being able to measure the wet adhesion of an insulating layer more accurately and easily.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템의 모식도이다.
도 3은 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템의 고정 지그의 모식도이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 절연 코팅층의 습윤 접착력을 측정한 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 절연층이 형성된 금속 시편의 습윤 접착력 측정 과정을 순차적으로 나타낸 사진이다.Figure 1 is a flow chart showing a method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a system for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of a fixing jig of a wet adhesion measurement system of an insulating layer.
Figure 4 is a drawing showing the results of measuring the wet adhesion of the insulating coating layers of examples and comparative examples.
Figure 5 is a photograph showing the process of measuring the wet adhesion of a metal specimen on which an insulating layer has been formed sequentially.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.The present invention is susceptible to various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail in the detailed description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, it should be understood that terms such as “include” or “have” are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.In addition, in the present invention, when a part such as a layer, film, region, or plate is described as being "on" another part, this includes not only the case where it is "directly above" the other part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part such as a layer, film, region, or plate is described as being "under" another part, this includes not only the case where it is "directly below" the other part, but also the case where there is another part in between. Furthermore, in the present application, being disposed "on" may include the case where it is disposed below as well as above.
본 발명에서, "절연층" 이라 함은, 전극 활물질이 코팅된 전극 집전체에서 전극 탭 부분에 절연액(절연층용 슬러리)을 도포 및 건조하여 형성되는 절연 코팅층일 수 있다. 즉, 본 발명에서 절연층은 본 발명의 절연층의 습윤 접착력 측정 방법에서 측정하고자 하는 피측정물을 의미한다. 구체적으로, 절연층은, 바인더 고분자; 또는 무기입자 및 바인더 고분자를 포함하는 절연액을 코팅한 것일 수 있다.In the present invention, the "insulating layer" may be an insulating coating layer formed by applying and drying an insulating liquid (slurry for an insulating layer) to an electrode tab portion of an electrode current collector coated with an electrode active material. That is, in the present invention, the insulating layer means a measured object to be measured in the method for measuring wet adhesion of an insulating layer of the present invention. Specifically, the insulating layer may be a binder polymer; or an insulating liquid including inorganic particles and a binder polymer.
본 발명에서 "습윤 접착력"이란, 전해액에 함침된 상태에서 측정한 절연 코팅층의 접착력을 의미한다. 보다 구체적으로, 상기 습윤 접착력은 절연 코팅층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키고, 초음파를 인가한 후, 상기 절연 코팅층의 스웰링 또는 탈리 여부를 확인함으로써 측정할 수 있다. 또는, 상기 습윤 접착력은 일면에 절연 코팅층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침 시킨 후 90°필 테스트를 통해 측정한 접착력을 의미할 수 있다. 특히, 상기 습윤 접착력은 이차전지의 안전성을 평가하기 위해서 전극 제조시 적용되는 절연 코팅층에 대하여 전해액 함침 상태를 반영한 것일 수 있다.In the present invention, "wet adhesion" means the adhesion of an insulating coating layer measured in a state immersed in an electrolyte. More specifically, the wet adhesion can be measured by immersing a metal specimen having an insulating coating layer formed thereon in an electrolyte, applying ultrasonic waves, and then checking whether the insulating coating layer swells or peels off. Alternatively, the wet adhesion can mean the adhesion measured through a 90° peel test after immersing a metal specimen having an insulating coating layer formed on one surface in an electrolyte. In particular, the wet adhesion can reflect the electrolyte impregnation state of an insulating coating layer applied during electrode manufacturing in order to evaluate the safety of a secondary battery.
본 발명에서 "금속 시편" 이라 함은, 절연 코팅층이 형성되는 공간으로, 전극 제조시 사용되는 금속 집전체를 의미할 수 있으며, 소정 너비와 소정 길이를 갖도록 타발한 금속 집전체일 수 있다. 예컨대, 상기 금속 시편은 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 합금일 수 있다.In the present invention, the term "metal specimen" refers to a space where an insulating coating layer is formed, and may mean a metal collector used in the manufacture of an electrode, and may be a metal collector punched to have a predetermined width and a predetermined length. For example, the metal specimen may be aluminum, copper, or an aluminum alloy.
본 발명에서 "오버레이 영역"이라 함은, 전극에서 절연 코팅층이 형성되는 영역을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 절연 코팅층은 합제층이 형성된 전극에서 무지부 중 적어도 일부로부터 상기 합제층의 적어도 일부까지 커버하는데, 상기 합제층에서 절연 코팅층이 형성된 영역을 오버레이 영역이라 할 수 있다.In the present invention, the "overlay region" may mean a region in which an insulating coating layer is formed on an electrode. More specifically, the insulating coating layer covers from at least a part of a non-coated portion of an electrode in which a composite layer is formed to at least a part of the composite layer, and the region in which the insulating coating layer is formed on the composite layer may be referred to as an overlay region.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[제1 실시형태][First embodiment]
본 발명은 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 제1 실시형태로 제공한다. The present invention provides a method for measuring wet adhesion of an insulating layer as a first embodiment.
절연층의Insulating layer 습윤 접착력 측정 방법Method for measuring wet adhesion
본 발명은 일 실시예에서,In one embodiment of the present invention,
절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침(wetting) 하는 단계; A step of wetting a metal specimen on which an insulating layer has been formed in an electrolyte;
금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계; 및A step of applying ultrasonic waves to an electrolyte solution in which a metal specimen is impregnated; and
금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계를 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 제공한다.A method for measuring wet adhesion of an insulating layer is provided, including a step of checking the adhesion of an insulating layer formed on a metal specimen.
도 1은 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법의 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침(wetting)하는 단계(S10); 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계(S20); 및 금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. FIG. 1 is a flow chart of a method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention. Referring to FIG. 1, a method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention may include a step (S10) of wetting a metal specimen on which an insulating layer is formed in an electrolyte; a step (S20) of applying ultrasonic waves to the electrolyte in which the metal specimen is impregnated; and a step (S30) of checking the adhesion of an insulating layer formed on the metal specimen.
일반적으로, 전극의 물성 평가 중 절연층의 접착력 평가는 이차전지의 성능 또는 안정성에 영향을 주는 주요한 인자인 바, 전극의 제조 공정 중에는 절연층의 접착력을 측정하는 공정이 요구된다. 상기 절연층의 접착력을 측정하기 위하여 절연층이 코팅된 금속 시편으로부터 절연층을 벗겨내어 박리 강도를 측정한다. 구체적으로, 슬라이드 글라스에 양면 테이프를 붙이고, 그 위에 평가 대상이 되는 금속 시편의 절연층이 슬라이드 글라스 표면에 접하도록 금속 시편을 슬라이드 글라스의 일면에 부착한다. 그리고, UTM 기기를 이용하여 상기 금속 시편의 일측을 당겨 슬라이드 글라스로부터 박리되는 힘을 측정하였다. 즉, 통상적인 절연층의 접착력 측정 방법은 건조된 상태의 절연층의 박리 강도를 측정하였다.In general, among the physical property evaluations of electrodes, the evaluation of the adhesive strength of the insulating layer is a major factor affecting the performance or stability of secondary batteries, and therefore, a process of measuring the adhesive strength of the insulating layer is required during the electrode manufacturing process. In order to measure the adhesive strength of the insulating layer, the insulating layer is peeled off from a metal specimen coated with the insulating layer, and the peeling strength is measured. Specifically, double-sided tape is attached to a slide glass, and the metal specimen to be evaluated is attached to one side of the slide glass so that the insulating layer of the metal specimen is in contact with the surface of the slide glass. Then, the force of peeling from the slide glass was measured by pulling one side of the metal specimen using a UTM device. That is, a conventional method of measuring the adhesive strength of an insulating layer measures the peeling strength of the insulating layer in a dried state.
그러나, 실제 이차전지 내에서의 전극은 전해액에 함침된 상태로 존재한다. 따라서, 보다 정확한 이차전지의 안정성을 평가하기 위해서는 전극 제조시 적용되는 절연층에 대하여 전해액 함침 상태를 반영한 습윤 접착력을 측정할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.However, the electrodes in an actual secondary battery exist in a state of being immersed in an electrolyte. Therefore, in order to evaluate the stability of a secondary battery more accurately, a technology is needed that can measure the wet adhesion that reflects the electrolyte immersion state of the insulating layer applied during electrode manufacturing.
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.The method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention is described in detail as follows.
금속 시편을 전해액에 Metal specimens in electrolyte 함침(wetting)하는Wetting 단계(S10)Step (S10)
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 일면에 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키는 단계를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 금속 시편을 전해액에 함침시키는 단계는 이차전지 내부에서의 전극 상태를 모사하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지 내부에서 절연층이 형성된 금속 집전체를 모사하기 위함이다. 상기 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시킨 후 이의 접착력의 측정함으로써 이차전지의 성능이나 안전성을 보다 용이하게 평가할 수 있다.The method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention includes a step of immersing a metal specimen having an insulating layer formed on one surface into an electrolyte. In a specific example, the step of immersing the metal specimen into the electrolyte is for simulating an electrode state within a secondary battery, and more specifically, for simulating a metal current collector having an insulating layer formed within a secondary battery. By immersing the metal specimen having the insulating layer formed thereon into an electrolyte and then measuring its adhesion, the performance or safety of the secondary battery can be more easily evaluated.
아울러, 상기 금속 시편을 전해액에 함침하는 단계에서, 상기 전해액은 10℃ 내지 150℃ 온도 범위로 제어할 수 있으며, 구체적으로 15℃ 내지 140℃; 25℃ 내지 130℃; 30℃ 내지 120℃ 온도 범위로 제어할 수 있다. 본 발명은 전해액의 온도를 상기 온도 범위에서 제어하고, 상기 온도 범위에서 절연층의 접착력을 평가할 수 있다.In addition, in the step of impregnating the metal specimen into the electrolyte, the electrolyte can be controlled in a temperature range of 10°C to 150°C, and specifically, can be controlled in a temperature range of 15°C to 140°C; 25°C to 130°C; and 30°C to 120°C. The present invention controls the temperature of the electrolyte in the above temperature range, and can evaluate the adhesive strength of the insulating layer in the above temperature range.
한편, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 금속 시편에 절연액을 코팅하여, 절연층이 형성된 금속 시편을 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 절연층은 금속 시편의 일면에 절연액(절연층용 슬러리)를 도포 및 건조하여 형성할 수 있다.Meanwhile, the method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention may further include a step of preparing a metal specimen on which an insulating layer is formed by coating an insulating liquid on the metal specimen. In a specific example, the insulating layer may be formed by applying and drying an insulating liquid (slurry for an insulating layer) on one surface of the metal specimen.
이러한 절연층은 통상적으로 사용되는 절연액(절연층용 슬러리)일 수 있으며, 바인더 고분자일 수 있으며, 또는 무기입자 및 바인더 고분자를 포함할 수 있고, 필요에 따라 분산제를 추가로 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 절연층은 무기입자와 바인더 고분자를 1:99 내지 95:5 의 중량부로 포함할 수 있으며, 구체적으로, 5:95 내지 90:10의 중량부, 5:95 내지 80:20 중량부 또는 10:90 내지 50:50 중량부로 포함할 수 있다. This insulating layer may be a commonly used insulating liquid (slurry for an insulating layer), may be a binder polymer, or may include inorganic particles and a binder polymer, and may further include a dispersant as needed. In a specific example, the insulating layer may include the inorganic particles and the binder polymer in a weight ratio of 1:99 to 95:5, specifically, may include the inorganic particles and the binder polymer in a weight ratio of 5:95 to 90:10, 5:95 to 80:20, or 10:90 to 50:50.
상기 무기입자는, 알루미나(Al2O3), 보헤마이트(AlOOH), 실리카(SiO2), 이산화티탄(TiO2), 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 산화 마그네슘(MgO), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2, 산화아연(ZnO), 티탄산바륨(BaTiO), 알루미늄 나이트라이드(AIN), 보론 나이트라이드(BN), 실리콘 카바이드(SiC) 및 베릴륨 옥사이드(BeO) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The above inorganic particles may be at least one selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), boehmite (AlOOH), silica (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), magnesium oxide (MgO), magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), zinc oxide (ZnO), barium titanate (BaTiO), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), silicon carbide (SiC), and beryllium oxide (BeO).
아울러, 상기 바인더 고분자는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리 에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로오스 및 디아세틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In addition, the binder polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluoroelastomer, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene propylene diene copolymer, polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and diacetyl cellulose.
분산제로는 셀룰로오스계 화합물을 예시할 수 있으며, 비제한적인 예로 카르복실메틸 셀룰로오스(Carboxyl methyl cellulose), 카르복실에틸 셀룰로오스 또는 유도체, 예컨대, 이들의 암모늄 이온, 2가 금속 이온과 같은 양이온 치환 화합물을 들 수 있다. 상기 분산제는 무기입자 대비 0.1 내지 5 중량% 의 양으로 사용할 수 있다. 한편, 절연층 형성을 위한 슬러리에 사용되는 용매 또는 분산매로는 물; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알코올류; 아세톤, 케닐에틸케톤 등의 케톤류; 메틸에틸에테르, 디에틸에테르, 디이소아밀에테르 등의 에테르류; 감마-부티로락톤 등의 락톤류; N-메틸-2-피롤리돈(NMP); 베타-락탐등의 락탐류; 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 환상 지방족류; 벤젠, 톨루엔 등의 방향족 탄화수소류; 유산메틸, 유산에틸 등의 에스테르류 등이 사용될 수 있다. 이중에서, 특히 물이 친환경적인 분산매로서 적합하게 이용될 수 있다.Examples of the dispersant include cellulose compounds, and non-limiting examples thereof include carboxyl methyl cellulose, carboxyl ethyl cellulose or derivatives, for example, cation-substituted compounds such as ammonium ion and divalent metal ion thereof. The dispersant can be used in an amount of 0.1 to 5 wt% relative to the inorganic particles. Meanwhile, solvents or dispersion media used in the slurry for forming the insulating layer include water; alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol; ketones such as acetone and kenyl ethyl ketone; ethers such as methyl ethyl ether, diethyl ether, and diisoamyl ether; lactones such as gamma-butyrolactone; N-methyl-2-pyrrolidone (NMP); lactams such as beta-lactam; cyclic aliphatics such as cyclopentane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene; Esters such as methyl lactate and ethyl lactate can be used. Among these, water can be particularly suitably used as an environmentally friendly dispersion medium.
금속 시편에 절연층을 형성하기 위한 방법으로는 딥핑(dipping), 분사코팅(spray coating), 스핀코팅(spin coating), 롤코팅(roll coating), 다이코팅(die coating), 그라비아 인쇄(gravure printing), 바 코팅(bar coating) 등으로 수행될 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.Methods for forming an insulating layer on a metal specimen include, but are not limited to, dipping, spray coating, spin coating, roll coating, die coating, gravure printing, and bar coating.
한편, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법에서 금속 시편은, 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 시편은 알루미늄일 수 있다.Meanwhile, in the method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention, the metal specimen may be aluminum, copper or an aluminum alloy. For example, the metal specimen may be aluminum.
나아가, 상기 전해액 함침 단계에서 사용되는 전해액은 유기용매일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한없이 사용할 수 있으며, 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트(VC), 비닐에틸렌 카보네이트(VEC), 부틸렌카보네이트, 에틸프로피오네이트, 에틸부티레이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 감마-발레로락톤, 마-부티로락톤 및 테트라하이드로퓨란으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 유기 용매를 포함할 수 있다.Furthermore, the electrolyte used in the electrolyte impregnation step may be an organic solvent. In a specific example, the organic solvent may be, without limitation, those commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries, and may include at least one organic solvent selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), butylene carbonate, ethyl propionate, ethyl butyrate, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, gamma-valerolactone, ma-butyrolactone, and tetrahydrofuran.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.In particular, among the above carbonate-based organic solvents, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates, are high-viscosity organic solvents with high dielectric constants and thus can better dissociate lithium salts in the electrolyte. When low-viscosity, low-dielectric constant linear carbonates, such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate, are mixed and used in an appropriate ratio with these cyclic carbonates, an electrolyte having higher electrical conductivity can be produced.
한편, 상기 전해액에 리튬염 등을 포함하지 않아, 상기 리튬염과 대기 중 수분의 지속적인 반응으로 인한 전해액의 pH 가 감소되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 전해액의 물성 등이 변화하는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, since the electrolyte does not contain lithium salts, etc., it is possible to prevent the pH of the electrolyte from decreasing due to continuous reaction between the lithium salt and moisture in the air. Accordingly, it is possible to prevent the physical properties of the electrolyte from changing.
금속 시편이 Metal specimen 함침된Impregnated 전해액에 초음파를 인가하는 단계(S20)Step of applying ultrasonic waves to the electrolyte (S20)
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계를 포함한다.A method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention includes a step of applying ultrasonic waves to an electrolyte solution in which a metal specimen is impregnated.
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하여, 보다 정확한 절연층의 습윤 접착력을 측정할 수 있다The method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention can measure the wet adhesion of an insulating layer more accurately by applying ultrasonic waves to an electrolyte in which the metal specimen is impregnated.
상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계는 팁 소니케이터(tip sonicator) 또는 배스 소니케이터(bath sonicator)에 의하여 수행될 수 있으며, 예를 들어, 팁 소니케이터에 의하여 수행될 수 있다.The step of applying ultrasonic waves to the electrolyte solution in which the metal specimen is impregnated can be performed by a tip sonicator or a bath sonicator, and can be performed by, for example, a tip sonicator.
한편, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는 10Hz 내지 200Hz 의 초음파를 인가하는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는 1kHz 내지 200kHz; 5kHz 내지 150kHz; 10kHz 내지 100kHz; 20kHz 내지 70kHz; 또는 20kHz 내지 40kHz; 범위 주파수의 초음파를 인가할 수 있다. 만일, 상기 초음파의 주파수 범위에서 하한치 미만으로 인가하는 경우에는 초음파의 인가에 따른 캐비테이션(cavitation) 효과가 미미할 수 있으며, 반대로 초음파의 주파수 범위에서 상한치를 초과하는 경우에는 과도한 초음파 인가로 인하여, 절연층 또는 금속 시편이 파괴되는 현상이 발생할 수 있다.Meanwhile, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte includes a process of applying ultrasonic waves of 10 Hz to 200 Hz. In a specific example, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte may apply ultrasonic waves having a frequency in the range of 1 kHz to 200 kHz; 5 kHz to 150 kHz; 10 kHz to 100 kHz; 20 kHz to 70 kHz; or 20 kHz to 40 kHz. If the frequency range of the ultrasonic waves is lower than the lower limit, the cavitation effect due to the application of ultrasonic waves may be minimal, and conversely, if the frequency range of the ultrasonic waves exceeds the upper limit, the insulating layer or the metal specimen may be destroyed due to excessive application of ultrasonic waves.
아울러, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는 상기 범위의 초음파를 1분 이상 동안 인가할 수 있다. 예를 들어, 절연층의 스웰링 또는 탈리 발생시까지 초음파를 인가할 수 있다. 한편, 초음파 인가시 전해액의 온도 증가로 인하여 상기 전해액은 증발할 수 있으며, 초음파 인가를 중지할 수 있다.In addition, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte may apply ultrasonic waves within the above range for 1 minute or more. For example, ultrasonic waves may be applied until swelling or detachment of the insulating layer occurs. Meanwhile, the electrolyte may evaporate due to an increase in the temperature of the electrolyte when applying ultrasonic waves, and the application of ultrasonic waves may be stopped.
구체적인 예에서, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는 팁 소니케이터를 이용하여 20 kHz 로 초음파를 전해액에 인가할 수 있으며, 상기 초음파 주파수에서 증폭(Amplitude) 조절은 가능할 수 있다. In a specific example, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte may apply ultrasonic waves to the electrolyte at 20 kHz using a tip sonicator, and amplification control may be possible at the ultrasonic frequency.
금속 시편에 형성된 formed on a metal specimen 절연층의Insulating layer 접착력을 확인하는 단계(S30)Step for checking adhesion (S30)
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 전해액이 함침된 절연층의 접착력을 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계는, 절연층의 스웰링 및 탈리 여부를 확인하는 과정을 포함할 수 있다. The method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention may include a step of checking the adhesion of an insulating layer impregnated with an electrolyte. In a specific example, the step of checking the adhesion of an insulating layer formed on a metal specimen may include a process of checking whether the insulating layer is swelling or detached.
상기 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키고, 초음파를 인가한 후, 상기 금속 시편에 형성된 절연층의 스웰링 및 탈리 여부를 확인하여 절연층의 습윤 접착력이 우수한지 확인할 수 있다.By immersing the metal specimen on which the insulating layer is formed in an electrolyte and applying ultrasonic waves, swelling and detachment of the insulating layer formed on the metal specimen can be checked to determine whether the wet adhesive strength of the insulating layer is excellent.
예를 들어, 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침 시키고, 초음파를 인가하였을 때, 절연층에 스웰링 또는 탈리가 발생하지 않았을 때, 접착력이 우수하다라고 판정할 수 있다. For example, when a metal specimen having an insulating layer formed thereon is immersed in an electrolyte and ultrasonic waves are applied, if no swelling or detachment occurs in the insulating layer, it can be judged that the adhesive strength is excellent.
[제2 실시형태][Second embodiment]
본 발명은 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 제2 실시형태로 제공한다. The present invention provides a method for measuring wet adhesion of an insulating layer as a second embodiment.
절연층의Insulating layer 습윤 접착력 측정 방법Method for measuring wet adhesion
본 발명은 일 실시예에서,In one embodiment of the present invention,
절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침(wetting) 하는 단계; A step of wetting a metal specimen on which an insulating layer has been formed in an electrolyte;
금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계; 및A step of applying ultrasonic waves to an electrolyte solution in which a metal specimen is impregnated; and
금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계를 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 제공한다.A method for measuring wet adhesion of an insulating layer is provided, including a step of checking the adhesion of an insulating layer formed on a metal specimen.
금속 시편을 전해액에 Metal specimens in electrolyte 함침(wetting)하는Wetting 단계(S10)Step (S10)
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 일면에 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키는 단계를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 금속 시편을 전해액에 함침시키는 단계는 이차전지 내부에서의 전극 상태를 모사하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지 내부에서 절연층이 형성된 금속 집전체를 모사하기 위함이다. 상기 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시킨 후 이의 접착력의 측정함으로써 이차전지의 성능이나 안전성을 보다 용이하게 평가할 수 있다.The method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention includes a step of immersing a metal specimen having an insulating layer formed on one surface into an electrolyte. In a specific example, the step of immersing the metal specimen into the electrolyte is for simulating an electrode state within a secondary battery, and more specifically, for simulating a metal current collector having an insulating layer formed within a secondary battery. By immersing the metal specimen having the insulating layer formed thereon into an electrolyte and then measuring its adhesion, the performance or safety of the secondary battery can be more easily evaluated.
한편, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 상기 금속 시편을 전해액에 함침하는 단계에 이전, 절연층의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention may further include a step of forming a self-standing region of the insulating layer prior to the step of impregnating the metal specimen with an electrolyte.
구체적인 예에서, 상기 절연층의 셀프 스탠딩 영역을 형성하는 단계는 금속 시편에 코팅된 절연층의 일측 단부를 금속 시편으로부터 박리하고, 금속 시편으로부터 박리된 영역은 금속 시편으로부터 수직방향으로 자립하도록 한다. 상기 절연층의 셀프 스탠딩 영역은 후술하게 되는 접착력 측정장치의 그립부가 파지하는 영역으로, 절연층 중에서 전해액이 함침되지 않는 영역이다. 보다 구체적으로, 셀프 스탠딩 영역은 타측 단부가 금속 코팅된 절연층으로부터 연결되며, 일측 단부가 금속 시편으로부터 수직방향으로 자립하는 형상일 수 있다.In a specific example, the step of forming the self-standing region of the insulating layer includes peeling one end of the insulating layer coated on the metal specimen from the metal specimen, and allowing the region peeled from the metal specimen to be self-standing in a vertical direction from the metal specimen. The self-standing region of the insulating layer is a region gripped by a grip portion of an adhesion measuring device, which will be described later, and is a region of the insulating layer that is not impregnated with an electrolyte. More specifically, the self-standing region may have a shape in which the other end is connected to the metal-coated insulating layer, and one end is self-standing in a vertical direction from the metal specimen.
상기 절연층의 셀프 스탠딩 영역은 접착력 측정 단계에서 접착력 측정장치의 그립부에 연결되어, 금속 시편과는 수직되는 방향으로 당겨지는 힘을 받을 수 있다. 이때, 상기 셀프 스탠딩 영역은 전해액에 대한 영향을 받지 않아 절연층의 접착력 측정시 절연층이 찢어지는 것을 방지할 수 있으며, 금속 시편에 부착된 절연층의 접착력을 용이하게 측정할 수 있다.The self-standing region of the above-mentioned insulating layer is connected to the grip portion of the adhesive strength measuring device in the adhesive strength measuring step, and can receive a pulling force in a direction perpendicular to the metal specimen. At this time, the self-standing region is not affected by the electrolyte, so that the insulating layer can be prevented from tearing when measuring the adhesive strength of the insulating layer, and the adhesive strength of the insulating layer attached to the metal specimen can be easily measured.
다음으로, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 상기 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침하는 단계를 포함한다. 구체적인 예에서, 내부에 공간이 형성된 수조 또는 트레이에 상기 금속 시편을 배치시킨 후 전해액을 투입함으로써, 금속 시편을 전해액에 함침시킬 수 있다.Next, the method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention includes a step of immersing a metal specimen having the insulating layer formed thereon in an electrolyte. In a specific example, the metal specimen may be immersed in the electrolyte by placing the metal specimen in a tank or tray having a space formed therein and then pouring the electrolyte therein.
한편, 상기 금속 시편을 전해액에 함침하는 단계는 절연층의 셀프 스탠딩 영역을 제외한 금속 시편을 전해액에 함침하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 절연층의 셀프 스탠딩 영역은 접착력 측정장치의 그립부가 파지하는 영역으로, 상기 셀프 스탠딩 영역에는 전해액을 함침시키지 않아 전해액의 영향을 받지 않게 하기 위함이다.Meanwhile, the step of impregnating the metal specimen with the electrolyte may include a process of impregnating the metal specimen with the electrolyte except for the self-standing region of the insulating layer. The self-standing region of the insulating layer is a region that is gripped by the grip part of the adhesive force measuring device, and the self-standing region is not impregnated with the electrolyte to prevent it from being affected by the electrolyte.
아울러, 상기 금속 시편을 전해액에 함침하는 단계에서, 상기 전해액은 10℃ 내지 150℃ 온도 범위로 제어할 수 있으며, 구체적으로 15℃ 내지 140℃; 25℃ 내지 130℃; 30℃ 내지 120℃ 온도 범위로 제어할 수 있다. 본 발명은 전해액의 온도를 상기 온도 범위에서 제어하고, 상기 온도 범위에서 절연층의 접착력을 평가할 수 있다.In addition, in the step of impregnating the metal specimen into the electrolyte, the electrolyte is at 10°C. The temperature of the electrolyte can be controlled in a temperature range of from 10 to 150°C, and specifically, it can be controlled in a temperature range of from 15°C to 140°C; from 25°C to 130°C; and from 30°C to 120°C. The present invention controls the temperature of the electrolyte in the above temperature range, and can evaluate the adhesive strength of the insulating layer in the above temperature range.
금속 시편이 Metal specimen 함침된Impregnated 전해액에 초음파를 인가하는 단계(S20)Step of applying ultrasonic waves to the electrolyte (S20)
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계를 포함한다.A method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention includes a step of applying ultrasonic waves to an electrolyte solution in which a metal specimen is impregnated.
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하여, 보다 정확한 절연층의 습윤 접착력을 측정할 수 있으며, 이차전지 내에서 발생하는 스웰링 현상을 제공하여, 상기 절연층이 형성된 금속 시편에 전해액의 함침 상태를 반영할 수 있다. 이에 대한 앞서 서술하였으므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The method for measuring the wet adhesion of an insulating layer according to the present invention applies ultrasonic waves to an electrolyte in which the metal specimen is impregnated, so that the wet adhesion of the insulating layer can be measured more accurately, and the swelling phenomenon occurring within a secondary battery can be provided, so that the impregnation state of the electrolyte in the metal specimen on which the insulating layer is formed can be reflected. Since this has been described above, a detailed description thereof will be omitted.
금속 시편에 형성된 formed on a metal specimen 절연층의Insulating layer 접착력을 확인하는 단계(S30)Step for checking adhesion (S30)
본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법은 전해액이 함침된 금속 시편을 고정한 상태에서, 절연층의 일측에 인장력을 가해 금속 시편으로부터 절연층이 박리되는 힘을 측정하는 절연층의 접착력을 측정하는 단계를 포함한다.The method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention includes a step of measuring the adhesion of an insulating layer by applying a tensile force to one side of the insulating layer while fixing a metal specimen impregnated with an electrolyte and measuring the force at which the insulating layer is peeled off from the metal specimen.
구체적인 예에서, 상기 절연층의 접착력을 측정하는 단계는 절연층이 형성된 금속 시편을 테스트 기판에 부착하는 과정을 포함한다. 이때, 금속 시편은 절연층이 형성되지 않은 영역을 테스트 기판에 부착할 수 있다. 상기 테스트 기판은 금속 시편을 부착하여 고정하기 위한 것으로, 금속 블록 또는 유리 기판(Slide glass)일 수 있으며, 예를 들어, 유리 기판일 수 있다. In a specific example, the step of measuring the adhesive strength of the insulating layer includes a process of attaching a metal specimen on which an insulating layer is formed to a test substrate. At this time, the metal specimen can be attached to the test substrate in an area where the insulating layer is not formed. The test substrate is for attaching and fixing the metal specimen, and may be a metal block or a glass substrate (Slide glass), for example, a glass substrate.
아울러, 상기 과정에서 에폭시 접착제 또는 양면 테이프와 같은 접착 부재를 이용하여 금속 시편을 테스트 기판에 부착할 수 있다. 예를 들어, 폴리이미드 양면 테이프를 이용하여 금속 시편을 테스트 기판에 부착할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 방법에서 금속 시편을 전해액에 함침하는 단계 이전에 테스트 기판에 부착할 수도 있으나, 접착 부재가 전해액에 노출되면 접착부재의 변형 또는 접착력이 약해질 수 있다. 따라서, 금속 시편을 전해액에 함침한 이후 금속 시편을 테스트 기판에 부착하는 것이 바람직하다.In addition, in the above process, the metal specimen can be attached to the test substrate using an adhesive such as an epoxy adhesive or a double-sided tape. For example, the metal specimen can be attached to the test substrate using a polyimide double-sided tape. Meanwhile, in the method for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention, the metal specimen can be attached to the test substrate before the step of immersing the metal specimen in the electrolyte; however, if the adhesive member is exposed to the electrolyte, the adhesive member may be deformed or the adhesive strength may be weakened. Therefore, it is preferable to attach the metal specimen to the test substrate after immersing the metal specimen in the electrolyte.
나아가, 상기 절연층의 접착력을 측정하는 단계는, 절연층의 셀프 스탠딩 영역을 테스트 기판과 수직하는 방향으로 인장하는 과정을 포함한다. 즉, 상기 절연층의 접착력을 측정하는 단계는 90°필 테스트(Peel Test) 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, UTM 기기의 하중을 제로(zero)로 세팅한 후, 하중 속도를 10 내지 200 mm/min 범위로 세팅하여 금속 시편의 접착력을 측정할 수 있다. 예를 들어, UTM(TA 社) 기기를 이용하여 금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 측정할 수 있다.Furthermore, the step of measuring the adhesive strength of the insulating layer includes a process of pulling the self-standing region of the insulating layer in a direction perpendicular to the test substrate. That is, the step of measuring the adhesive strength of the insulating layer can be measured by a 90° peel test method. For example, after setting the load of the UTM device to zero, the adhesive strength of the metal specimen can be measured by setting the load speed in the range of 10 to 200 mm/min. For example, the adhesive strength of the insulating layer formed on the metal specimen can be measured using a UTM (TA Company) device.
상기 절연층의 접착력을 측정하는 단계(S30)는 습윤 상태에서 절연층의 접착력을 측정하는 것으로, 이는 이차전지 내부의 전극을 모사한 상태에서 절연층의 접착력을 용이하게 측정할 수 있다.The step (S30) of measuring the adhesive strength of the insulating layer is to measure the adhesive strength of the insulating layer in a wet state, which allows for easy measurement of the adhesive strength of the insulating layer in a state simulating an electrode inside a secondary battery.
[제3 실시형태][Third embodiment]
본 발명은 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템을 제3 실시형태로 제공한다. The present invention provides a system for measuring wet adhesion of an insulating layer as a third embodiment.
절연층의Insulating layer 습윤 접착력 측정 시스템Wet Adhesion Measurement System
본 발명은 앞서 설명한 절연층의 습윤 접착력 측정 방법을 위한 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템을 제공한다.The present invention provides a wet adhesion measurement system of an insulating layer for the wet adhesion measurement method of an insulating layer described above.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템은 내부에 전해액이 수용되며, 절연층이 형성된 금속 시편이 함침되는 수조; 및 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 초음파 분산기를 포함할 수 있다. In one example, a system for measuring wet adhesion of an insulating layer according to the present invention may include a tank containing an electrolyte therein and impregnated with a metal specimen having an insulating layer formed thereon; and an ultrasonic disperser that applies ultrasonic waves to the electrolyte in which the metal specimen is impregnated.
상기 수조(미도시)는, 내부에 전해액이 수용되는 구성으로, 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키기 위한 것으로, 내부에 전해액이 수용될 수 있도록 만입된 구조가 바람직하다.The above tank (not shown) is configured to contain an electrolyte inside and is used to immerse a metal specimen having an insulating layer formed thereon into the electrolyte. A recessed structure that allows the electrolyte to be contained inside is preferable.
특히, 본 발명에 따른 습윤 접착력 측정 시스템은 상기 전해액에 초음파를 인가하는 초음파 분산기(미도시)를 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 초음파 분산기는 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하기 위한 것이다. 즉, 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가한 후, 상기 금속 시편에 형성된 절연층의 스웰링 및 탈리 여부를 확인하여 절연층의 습윤 접착력이 우수한지 확인하기 위한 것이다. 이에 따라 보다 정확한 절연층(111)의 습윤 접착력을 측정할 수 있다.In particular, the wet adhesion measurement system according to the present invention may include an ultrasonic disperser (not shown) that applies ultrasonic waves to the electrolyte. In a specific example, the ultrasonic disperser is for applying ultrasonic waves to the electrolyte in which the metal specimen is impregnated. That is, after applying ultrasonic waves to the electrolyte in which the metal specimen is impregnated, the purpose is to check whether the insulating layer formed on the metal specimen is swollen and detached to confirm whether the wet adhesion of the insulating layer is excellent. Accordingly, the wet adhesion of the insulating layer (111) can be measured more accurately.
상기 초음파 분산기는 팁 소니케이터(tip sonicator) 또는 배스 소니케이터(bath sonicator) 일 수 있으며, 예를 들어, 팁 소니케이터에 의하여 수행될 수 있다.The above ultrasonic disperser may be a tip sonicator or a bath sonicator, and may be performed by, for example, a tip sonicator.
상기 초음파 분산기를 이용하여, 상기 전해액에 1kHz 내지 200kHz 의 초음파를 인가하는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는 1kHz 내지 200kHz; 5kHz 내지 150kHz; 10kHz 내지 100kHz; 20kHz 내지 70kHz; 또는 20kHz 내지 40kHz; 범위 주파수의 초음파를 인가할 수 있다. 만일, 상기 초음파의 주파수 범위에서 하한치 미만으로 인가하는 경우에는 초음파의 인가에 따른 캐비테이션(cavitation) 효과가 미미할 수 있으며, 반대로 초음파의 주파수 범위에서 상한치를 초과하는 경우에는 과도한 초음파 인가로 인하여, 절연층 또는 금속 시편이 파괴되는 현상이 발생할 수 있다.The method includes applying ultrasonic waves of 1 kHz to 200 kHz to the electrolyte using the ultrasonic disperser. In a specific example, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte may apply ultrasonic waves having a frequency in the range of 1 kHz to 200 kHz; 5 kHz to 150 kHz; 10 kHz to 100 kHz; 20 kHz to 70 kHz; or 20 kHz to 40 kHz. If the frequency range of the ultrasonic waves is lower than the lower limit, the cavitation effect due to the application of ultrasonic waves may be minimal, and conversely, if the frequency range of the ultrasonic waves exceeds the upper limit, the insulating layer or metal specimen may be destroyed due to excessive application of ultrasonic waves.
아울러, 상기 전해액에 초음파를 인가하는 단계는 상기 범위의 초음파를 1분 이상 동안 인가할 수 있다. 예를 들어, 절연층의 스웰링 또는 탈리 발생시까지 초음파를 인가할 수 있다. 한편, 초음파 인가시 전해액의 온도 증가로 인하여 상기 전해액은 증발할 수 있으며, 초음파 인가를 중지할 수 있다.In addition, the step of applying ultrasonic waves to the electrolyte may apply ultrasonic waves within the above range for 1 minute or more. For example, ultrasonic waves may be applied until swelling or detachment of the insulating layer occurs. Meanwhile, the electrolyte may evaporate due to an increase in the temperature of the electrolyte when applying ultrasonic waves, and the application of ultrasonic waves may be stopped.
도 2는 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템의 모식도이며, 도 3은 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템의 고정 지그의 모식도이다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템(100)은 내부에 전해액이 수용되며, 일면에 절연층이 형성된 금속 시편(112)이 함침되는 수조(미도시); 금속 시편(112)이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 초음파 분산기(미도시); 전해액에 함침된 금속 시편(112)이 부착되는 테스트 기판(110); 금속 시편(112)이 부착된 테스트 기판(110)을 고정하는 고정 지그(120); 및 절연층의 일측을 파지하는 그립부(131) 포함하고, 파지된 절연층(111)에 인장력을 가해 금속 시편(112)으로부터 절연층(111)이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정장치(130)를 포함한다.FIG. 2 is a schematic diagram of a wet adhesion measurement system of an insulating layer according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of a fixing jig of the wet adhesion measurement system of an insulating layer. Referring to FIGS. 2 and 3, a wet adhesion measurement system (100) of an insulating layer according to the present invention includes: a tank (not shown) containing an electrolyte therein and impregnating a metal specimen (112) having an insulating layer formed on one surface; an ultrasonic disperser (not shown) that applies ultrasonic waves to the electrolyte impregnated with the metal specimen (112); a test substrate (110) to which the metal specimen (112) impregnated with the electrolyte is attached; a fixing jig (120) that fixes the test substrate (110) to which the metal specimen (112) is attached; It includes a grip portion (131) that holds one side of the insulating layer, and an adhesive force measuring device (130) that applies a tensile force to the held insulating layer (111) and measures the force at which the insulating layer (111) is peeled off from the metal specimen (112).
하나의 예에서, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템(100)의 테스트 기판(110)은 절연층(111)이 형성된 금속 시편(112)의 고정을 위한 것으로, 금속 블록 또는 유리 기판(Slide glass)일 수 있으며, 예를 들어, 유리 기판일 수 있다. 상기 절연층(111)이 형성된 금속 시편(112)은 전해액에 함침된 상태일 수 있다.In one example, the test substrate (110) of the wet adhesion measurement system (100) of the insulating layer according to the present invention is for fixing a metal specimen (112) on which an insulating layer (111) is formed, and may be a metal block or a glass substrate (slide glass), for example, a glass substrate. The metal specimen (112) on which the insulating layer (111) is formed may be in a state of being impregnated with an electrolyte.
한편, 금속 시편(112)은 접착 부재(미도시)를 사용하여 테스트 기판(110)의 표면에 부착될 수 있다. 구체적인 예에서, 테스트 기판(110)의 표면에는 금속 시편(112)에서 절연층(111)이 형성되지 않은 반대면이 부착될 수 있다. 아울러, 테스트 기판(110)에 부착되는 금속 시편(112)에서 절연층(111)은 셀프 스탠딩 영역이 형성된 구조일 수 있다. 구체적인 예에서, 금속 시편(112)에 코팅된 절연층(111)의 일측 단부를 금속 시편(112)으로부터 박리하고, 금속 시편(112)으로부터 박리된 영역은 금속 시편(112)으로부터 수직방향으로 자립하도록 한다. 상기 절연층(111)의 셀프 스탠딩 영역은 후술하게 되는 접착력 측정장치(130)의 그립부(131)가 파지하는 영역으로, 절연층(111) 중에서 전해액이 함침되지 않는 영역이다. 보다 구체적으로, 셀프 스탠딩 영역(1111)은 일측 단부가 금속 코팅된 절연층(111)으로부터 연결되며, 타측 단부가 금속 시편으로부터 수직방향으로 자립하는 형상일 수 있다. 상기 절연층(111)의 셀프 스탠딩 영역(1111)은 접착력 측정장치(130)의 그립부(131)에 연결되어 테스트 기판(110)과는 수직되는 방향으로 당겨지는 힘을 받을 수 있다.Meanwhile, the metal specimen (112) may be attached to the surface of the test substrate (110) using an adhesive member (not shown). In a specific example, the surface of the test substrate (110) may be attached to the opposite side of the metal specimen (112) where the insulating layer (111) is not formed. In addition, the insulating layer (111) of the metal specimen (112) attached to the test substrate (110) may have a structure in which a self-standing region is formed. In a specific example, one end of the insulating layer (111) coated on the metal specimen (112) is peeled off from the metal specimen (112), and the region peeled off from the metal specimen (112) is made to be self-standing in the vertical direction from the metal specimen (112). The self-standing region of the insulating layer (111) is a region that is gripped by the grip portion (131) of the adhesive force measuring device (130) described below, and is a region of the insulating layer (111) that is not impregnated with an electrolyte. More specifically, the self-standing region (1111) may have a shape in which one end is connected from a metal-coated insulating layer (111) and the other end is vertically independent from a metal specimen. The self-standing region (1111) of the insulating layer (111) may be connected to a grip portion (131) of an adhesive force measuring device (130) and may receive a pulling force in a direction perpendicular to the test substrate (110).
상기 접착 부재는 접착력이 크고, 금속 시편(112)에 영향을 주지 않도록 접착력 측정 중에 변형이 없는 견고한 접착제일 수 있다. 상기 접착 부재는 에폭시 접착제 또는 양면 테이프일 수 있으며, 예를 들면, 폴리이미드 양면 테이프일 수 있다.The adhesive member may be a strong adhesive having a high adhesive strength and not deforming during the adhesive strength measurement so as not to affect the metal specimen (112). The adhesive member may be an epoxy adhesive or a double-sided tape, for example, a polyimide double-sided tape.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 절연층(111)의 습윤 접착력 측정 시스템(100)은 테스트 기판(110)을 고정하기 위한 고정 지그(120)를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 고정 지그(120)는 테스트 기판(110)이 안착되는 안착부(121); 및 안착부(121)에 설치되어, 테스트 기판(110)의 일측과 타측을 각각 고정하는 바 형태의 제1 및 제2 고정부(122, 123)를 포함한다.In one example, a wet adhesion measurement system (100) of an insulating layer (111) according to the present invention includes a fixing jig (120) for fixing a test substrate (110). In a specific example, the fixing jig (120) includes a fixing portion (121) on which a test substrate (110) is fixed; and first and second fixing portions (122, 123) in the form of bars installed on the fixing portion (121) and fixing one side and the other side of the test substrate (110), respectively.
상기 안착부(121)는 플레이트 형태로, 테스트 기판(110)이 안착되는 공간이 마련될 수 있다. 아울러, 상기 제1 및 제2 고정부(122, 123)는 바 형태이며, 고정 지그(120)에 고정되는 테스트 기판(110)은 안착부(121)의 상부면과 상기 고정부(122, 123) 사이에 위치하게 된다. 그리고, 제1 및 제2 고정부(122, 123)는 각각 클램핑 부재(1221, 1231)를 더 포함할 수 있다. 상기 클램핑 부재(1221, 1231)는 각각 고정 지그(120)의 안착부(121)와 제1 및 제2 고정부(122, 123) 사이에 삽입된 테스트 기판(110)을 고정시키는 역할을 수행한다. 예를 들어, 상기 클램핑 부재(1221, 1231)는 클램핑 볼트일 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 고정부(122, 123)는 상기 클램핑 볼트의 외주면에 형성된 나사산과 대응되는 구조의 나사산이 형성된 홀을 포함할 수 있으며, 상기 클램핑 볼트는 제1 및 제2 고정부(122, 123)의 홀에 체결된 상태에서, 테스트 기판(110)을 고정할 수 있다.The above fixing member (121) is in the form of a plate, and a space for fixing a test substrate (110) can be provided. In addition, the first and second fixing members (122, 123) are in the form of a bar, and the test substrate (110) fixed to the fixing jig (120) is positioned between the upper surface of the fixing member (121) and the fixing members (122, 123). In addition, the first and second fixing members (122, 123) may further include clamping members (1221, 1231), respectively. The clamping members (1221, 1231) serve to fix the test substrate (110) inserted between the fixing member (121) of the fixing jig (120) and the first and second fixing members (122, 123), respectively. For example, the clamping members (1221, 1231) may be clamping bolts. In addition, the first and second fixing members (122, 123) may include holes formed with screw threads having a structure corresponding to the screw threads formed on the outer surface of the clamping bolts, and the clamping bolts may fix the test substrate (110) when fastened to the holes of the first and second fixing members (122, 123).
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 고정부(122)는 고정 지그(120)의 안착부(121) 내부에 고정된 상태로 구비되며, 테스트 기판(110)이 안착되는 공간의 일측에 구비될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 제1 고정부(122)는 바 형태이며, 상기 바 형태의 제1 고정부(122)는 양측 단부가 고정 지그(120)의 상부면에 고정된 구조일 수 있다. 한편, 상기 제1 고정부(122)는 테스트 기판(110)의 길이를 가로지르는 방향으로 설치될 수 있으며, 테스트 기판(110)이 고정 지그(120)의 상부면과 제1 고정부(122) 사이에 위치할 수 있도록 상기 제1 고정부(122)의 양측 단부를 제외하곤 중심 영역은 상부 방향으로 굴곡진 구조일 수 있다. 나아가, 제1 고정부(122)의 중심 영역에는 클램핑 부재(1221)가 설치되며, 상기 클램핑 부재(1221)는 테스트 기판(110)의 일측을 고정할 수 있다.As illustrated in FIG. 3, the first fixing member (122) is provided in a fixed state inside the fixing member (121) of the fixing jig (120), and may be provided on one side of the space where the test substrate (110) is fixed. As described above, the first fixing member (122) is in the shape of a bar, and the first fixing member (122) in the shape of a bar may have a structure in which both ends are fixed to the upper surface of the fixing jig (120). Meanwhile, the first fixing member (122) may be installed in a direction crossing the length of the test substrate (110), and the central region of the first fixing member (122) may have a structure that is curved upward, except for both ends, so that the test substrate (110) can be positioned between the upper surface of the fixing jig (120) and the first fixing member (122). Furthermore, a clamping member (1221) is installed in the central area of the first fixing member (122), and the clamping member (1221) can fix one side of the test substrate (110).
상기 제2 고정부(123)는 고정 지그(120)의 안착부(121)의 상부에 배치되며, 테스트 기판(110)이 안착되는 공간의 타측에 구비될 수 있다. 다만, 상기 제2 고정부(123)는 제1 고정부(122)와 마찬가지로 바 형태일 수 있으나, 일측은 힌지핀(미도시)에 의해 회동 가능한 상태로 결속된 구조이고, 타측은 체결홈(1232)이 형성된 구조일 수 있다. 참고로 상기 체결홈(1232)은 후술하게 되는 체결 돌기에 체결될 수 있다. 상기 제2 고정부(123)는 일측은 고정되어 있으며, 타측은 회동 가능하여 테스트 기판(110)을 용이하게 고정할 수 있다. The second fixing part (123) is arranged on the upper part of the fixing part (121) of the fixing jig (120), and may be provided on the other side of the space where the test substrate (110) is fixed. However, the second fixing part (123) may be in the form of a bar, like the first fixing part (122), but may have a structure in which one side is rotatably fastened by a hinge pin (not shown), and the other side may have a structure in which a fastening groove (1232) is formed. For reference, the fastening groove (1232) may be fastened to a fastening projection, which will be described later. The second fixing part (123) may have one side fixed and the other side rotatably fastened, so that the test substrate (110) may be easily fastened.
나아가, 고정 지그(120)는 제2 고정부(123)의 체결 홈(1212)이 체결되는 체결 돌기(1233)를 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 체결 돌기(1233)는 힌지핀(미도시)과 마주보는 영역에 위치할 수 있다. 즉, 제2 고정부(123)의 체결 홈(1232)이 체결 돌기(1233)에 체결 되었을 때, 상기 제1 및 제2 고정부(122, 123)는 서로 평행한 구조일 수 있다.In addition, the fixing jig (120) may include a fixing projection (1233) to which the fixing groove (1212) of the second fixing portion (123) is fixed. In a specific example, the fixing projection (1233) may be located in an area facing a hinge pin (not shown). That is, when the fixing groove (1232) of the second fixing portion (123) is fixed to the fixing projection (1233), the first and second fixing portions (122, 123) may have a structure that is parallel to each other.
한편, 제2 고정부(123)는 제1 고정부(122)와 마찬가지로 테스트 기판(110)이 고정 지그(120)의 상부면과 제2 고정부(123) 사이에 위치할 수 있도록 상기 제2 고정부(123)의 양측 단부를 제외하곤 중심 영역은 상부 방향으로 굴곡진 구조일 수 있다. 그리고, 제2 고정부(123)의 중심 영역에는 클램핑 부재(1231)가 설치될 수 있다.Meanwhile, the second fixing member (123) may have a structure in which the central region thereof, except for both ends of the second fixing member (123), is curved upwards so that the test board (110) can be positioned between the upper surface of the fixing jig (120) and the second fixing member (123), similar to the first fixing member (122). In addition, a clamping member (1231) may be installed in the central region of the second fixing member (123).
상기 고정 지그(120)에 금속 시편(112)이 부착된 테스트 기판(110)을 고정하기 위해서, 먼저 테스트 기판(110)을 고정 지그(120)의 안착부(121)에 배치한다. 이때, 제2 고정부(123)의 타측 체결 홈(1212)은 체결 돌기(1233)로부터 탈거된 상태이다. 그리고, 제1 고정부(122)의 클램핑 부재(1221)를 가압하여 테스트 기판(110)의 일측을 고정한다. 한편, 본 발명에서는 절연층(111)의 습윤 접착력을 측정하는 것이기 때문에 절연층(111)의 습윤 접착력 측정시 금속 시편(112)이 함께 인장되지 않도록 상기 제1 고정부(122)를 금속 시편(112) 상부에 위치시킨다.In order to fix a test board (110) having a metal specimen (112) attached to the above-described fixing jig (120), the test board (110) is first placed on the fixing portion (121) of the fixing jig (120). At this time, the other side fixing groove (1212) of the second fixing portion (123) is removed from the fixing projection (1233). Then, the clamping member (1221) of the first fixing portion (122) is pressed to fix one side of the test board (110). Meanwhile, since the present invention measures the wet adhesive strength of the insulating layer (111), the first fixing portion (122) is positioned above the metal specimen (112) so that the metal specimen (112) is not tensioned together when measuring the wet adhesive strength of the insulating layer (111).
다음으로, 제2 고정부(123)의 타측을 회동시켜 체결 홈(1212)이 체결 돌기(1233)에 체결되도록 한다. 그리고, 제2 고정부(123)의 클램핑 부재(1231)를 가압하여 테스트 기판(110)의 타측을 고정한다. 한편, 테스트 기판(110)에 금속 시편(112)이 부착될 때, 셀프 스탠딩 영역(1111)은 제외하고 부착되는 것으로, 제2 고정부(123)의 클램핑 부재(1231)는 금속 시편(112)의 셀프 스탠딩 영역(1111)을 제외한 테스트 기판(110)만 고정할 수 있다.Next, the other side of the second fixing member (123) is rotated so that the fastening groove (1212) is fastened to the fastening projection (1233). Then, the clamping member (1231) of the second fixing member (123) is pressed to fasten the other side of the test substrate (110). Meanwhile, when the metal specimen (112) is attached to the test substrate (110), the self-standing area (1111) is excluded, so that the clamping member (1231) of the second fixing member (123) can fix only the test substrate (110) excluding the self-standing area (1111) of the metal specimen (112).
하나의 예에서, 본 발명에 따른 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템(100)은 접착력 측정장치(130)를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 접착력 측정장치(130)는 절연층(111)의 일측 영역을 파지하는 그립부(131)를 포함하며, 파지된 절연층(111)에 인장력을 가해 금속 시편(112)으로부터 절연층(111)이 박리되는 힘(이하, 접착력)을 측정할 수 있다.In one example, a wet adhesion measurement system (100) of an insulating layer according to the present invention includes an adhesion measurement device (130). In a specific example, the adhesion measurement device (130) includes a grip portion (131) that grips one area of an insulating layer (111), and can measure a force (hereinafter, adhesion) for peeling the insulating layer (111) from a metal specimen (112) by applying a tensile force to the gripped insulating layer (111).
상기 접착력 측정장치(130)는 통상적인 90°박리시험기(Peel tester)일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 접착력 측정장치(130)는 금속 시편(112)의 접착력을 측정하기 위하여, 금속 시편(112)의 셀프 스탠딩 영역(1111)을 접착력 측정장치(130)의 그립부(131)에 고정시켜 90각도로 합제층의 박리되는 힘(90°Peel test)을 측정할 수 있다.The above-described adhesive force measuring device (130) may be a typical 90° peel tester. In a specific example, the adhesive force measuring device (130) may measure the adhesive force of a metal specimen (112) by fixing a self-standing area (1111) of the metal specimen (112) to a grip portion (131) of the adhesive force measuring device (130) and measuring the peeling force of the composite layer at a 90° angle (90° peel test).
하나의 예에서, 상기 접착력 측정장치(130)는 금속 시편(112)으로부터 절연층(111)이 박리되는 힘을 출력하는 출력부(133)를 더 포함한다. 상기 출력부(133)는 절연층(111)의 접착력을 수치로 나타낼 수 있다.In one example, the adhesive strength measuring device (130) further includes an output unit (133) that outputs a force for peeling an insulating layer (111) from a metal specimen (112). The output unit (133) can express the adhesive strength of the insulating layer (111) in a numerical value.
다른 하나의 예에서, 상기 접착력 측정장치(130)는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 저장부는 상기 절연층(111)의 습윤 접착력 측정이 종료되면, 상기 습윤 접착력 측정 결과를 전송 받아 저장한다. 상기 저장부는 절연층(111)의 측정 결과를 저장하여 이를 데이터 베이스화 할 수 있다. 구체적으로, 절연층(111)에서 절연층(111)에 포함되는 바인더, 무기 입자, 분산제 또는 용매의 종류, 두께, 전해액 함침시 온도 등 종류를 나누고, 이에 따라 절연층(111)의 접착력 측정 결과를 표 또는 그래프로 정리할 수 있다. 이와 같은 측정 데이터 들은 다양하게 조합되었을 때, 절연층(111)의 접착력을 예측할 수 있으며, 전지 셀의 제조 후 절연층의 탈리 여부를 예측할 수 있다.In another example, the adhesive strength measuring device (130) may further include a storage unit (not shown). When the wet adhesive strength measurement of the insulating layer (111) is completed, the storage unit receives and stores the wet adhesive strength measurement result. The storage unit may store the measurement result of the insulating layer (111) and create a database thereof. Specifically, the type of binder, inorganic particles, dispersant or solvent included in the insulating layer (111), thickness, temperature during electrolyte impregnation, etc. may be divided into types, and the adhesive strength measurement result of the insulating layer (111) may be organized in a table or graph accordingly. When such measurement data are combined in various ways, the adhesive strength of the insulating layer (111) can be predicted, and whether the insulating layer is detached after manufacturing a battery cell can be predicted.
또 다른 하나의 예에서, 상기 수조는 내부에 수용되는 전해액의 온도를 제어하는 온도 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 온도 제어부는 상기 절연층(111)이 형성된 금속 시편(112)을 전해액에 함침시킬 때, 전해액의 온도를 10℃ 내지 150℃ 온도 범위로 제어할 수 있으며, 구체적으로 15℃ 내지 140℃; 25℃ 내지 130℃; 30℃ 내지 120℃ 온도 범위로 제어할 수 있다. 본 발명은 전해액의 온도를 상기 온도 범위에서 제어하고, 상기 온도 범위에서 절연층의 접착력을 평가할 수 있다.In another example, the tank may include a temperature control unit (not shown) that controls the temperature of the electrolyte contained therein. In a specific example, the temperature control unit may control the temperature of the electrolyte in a temperature range of 10° C. to 150° C. when the metal specimen (112) on which the insulating layer (111) is formed is immersed in the electrolyte, and specifically, may control the temperature in a temperature range of 15° C. to 140° C.; 25° C. to 130° C.; and 30° C. to 120° C. The present invention controls the temperature of the electrolyte in the temperature range and evaluates the adhesive strength of the insulating layer in the temperature range.
상기 온도 제어부는 통상적으로 사용되는 가열 부재 및/냉각 부재일 수 있으며, 트레이는 내부에 수용되는 전해액의 온도를 실시간으로 측정하기 위한 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 이는 이차전지 내부에서의 전극 상태를 용이하게 모사하고, 전해액의 온도에 따른 절연층(111)의 접착력을 평가하기 위함이다.The above temperature control unit may be a commonly used heating member and/or cooling member, and the tray may further include a temperature sensor for measuring the temperature of the electrolyte contained therein in real time. This is to easily simulate the electrode state inside the secondary battery and to evaluate the adhesive strength of the insulating layer (111) according to the temperature of the electrolyte.
하나의 예에서, 상기 접착력 측정장치(130)는 절연층(111)의 일측 영역인 셀프 스탠딩 영역(1111)을 파지하기 위한 그립부(131)를 포함한다.In one example, the adhesion measuring device (130) includes a grip portion (131) for gripping a self-standing area (1111), which is one area of the insulating layer (111).
이때, 상기 그립부(131)는 표면에 그리드(grid)가 형성된 금속 조 페이스(jaw face)(1311)를 포함할 수 있으며, 또는 탄성패드를 포함할 수 있다. 일반적으로, 절연층(111)의 습윤 접착력 측정 과정에서, 그립부(131)에 의해 가압된 상태에서 절연층(111)이 끊어지거나 슬립되는 현상이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 절연층(111)과 대면하는 조 페이스 표면에 그리드 또는 탄성 패드를 포함함으로써, 그립부(131)의 절연층(111)에 대한 고정력을 높일 수 있다. 상기 조 페이스(1311)는 다양한 형태의 금속으로 형성 가능하며, 예를 들어, 탄소강, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서 언급된 '그리드(grid)'는, 격자 또는 바둑판 눈금 형상의 패턴을 의미하며, 2종 이상의 평행한 패턴이 서로 교차하는 형태를 총칭한다.At this time, the grip portion (131) may include a metal jaw face (1311) having a grid formed on the surface, or may include an elastic pad. In general, during the process of measuring the wet adhesive force of the insulating layer (111), a phenomenon in which the insulating layer (111) breaks or slips may occur while being pressed by the grip portion (131). In the present invention, by including a grid or an elastic pad on the jaw face surface facing the insulating layer (111), the fixing force of the grip portion (131) to the insulating layer (111) can be increased. The jaw face (1311) can be formed of various types of metal, and may be made of, for example, carbon steel, stainless steel, aluminum, or an alloy thereof. The 'grid' mentioned in the present invention means a pattern in the shape of a grid or a checkerboard grid, and collectively refers to a form in which two or more parallel patterns intersect each other.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like. However, the configurations described in the examples described in this specification are only one embodiment of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, it should be understood that there may be various equivalents and modified examples that can replace them at the time of filing this application.
실시예Example 1.1.
N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 용매로 하여 분산제(카르복실메틸 셀룰로오스)를 용해시키고, 무기입자로서 보헤마이트(이하, AlOOH)를 분산시켰다. 이렇게 분산된 AlOOH 슬러리에, 무기입자와 바인더가 50:50 중량비가 되도록 바인더를 첨가하여 절연 코팅층 조성물을 수득하였다. 이때, 바인더는 스티렌-부타디엔 고무(이하, SBR)를 사용하였다.A dispersant (carboxymethyl cellulose) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent, and boehmite (hereinafter, AlOOH) as an inorganic particle was dispersed. A binder was added to the thus dispersed AlOOH slurry so that the inorganic particles and the binder had a weight ratio of 50:50, thereby obtaining an insulating coating layer composition. At this time, styrene-butadiene rubber (hereinafter, SBR) was used as the binder.
실시예Example 2~4, 2~4, 비교예Comparative example 1~2.1~2.
절연 코팅층 조성물 제조시 무기입자 및 바인더의 함량을 변경한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 코팅액을 수득하였다.An insulating coating solution was obtained in the same manner as in Example 1, except that the content of inorganic particles and binder was changed when preparing the insulating coating layer composition.
실시예 1~4, 비교예 1~2의 구체적인 조성은 아래의 표 1에 나타내었다.The specific compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 are shown in Table 1 below.
실험예Experimental example 1. 1. 절연층의Insulating layer 습윤 접착력 측정Wet Adhesion Measurement
본 발명에 따른 절연층의 접착력을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to evaluate the adhesive strength of the insulating layer according to the present invention, the following experiment was conducted.
절연 코팅층이 형성된 금속 시편Metal specimen with an insulating coating layer formed
실시예 1-4 및 비교예 1, 2 에서 제조한 절연층 조성물을 알루미늄 금속 호일에 코팅하고, 건조 시켜 약 10 ㎛ 두께의 절연층이 형성된 금속 시편을 준비하였다. 상기 절연 코팅층이 형성된 금속 시편은 접착력 측정용 타발기를 사용하여 2 cm × 2 cm 크기로 타발하였다.The insulating layer compositions manufactured in Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2 were coated on aluminum metal foil and dried to prepare a metal specimen having an insulating layer of about 10 ㎛ in thickness. The metal specimen having the insulating coating layer formed thereon was punched into a size of 2 cm × 2 cm using a puncher for measuring adhesion.
초음파 인가Ultrasonic authentication
250 ㎖ 의 비커에 전해액 EC/EMC=3/7(vol.%) 200 g을 투입하고, 상기 전해액에 절연층이 형성된 금속 시편을 함침 시켰다. 상기 금속 시편의 움직임을 제어하기 위하여, 상기 금속 시편을 지그로 고정하였다.200 g of electrolyte EC/EMC=3/7(vol.%) was added to a 250 ml beaker, and a metal specimen having an insulating layer formed thereon was immersed in the electrolyte. In order to control the movement of the metal specimen, the metal specimen was fixed with a jig.
그리고, 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파 분산기(BANDELIN 社, 4200)를 이용하여 초음파를 인가하였다. 이때, 초음파 인가 조건은 하기와 같다.Then, ultrasonic waves were applied to the electrolyte solution in which the metal specimen was impregnated using an ultrasonic disperser (BANDELIN, 4200). At this time, the ultrasonic wave application conditions were as follows.
- 주파수: 20kHz- Frequency: 20kHz
- 팁 직경(Tip diameter): 13 mm (TS-113)- Tip diameter: 13 mm (TS-113)
- Amplitude: 100%- Amplitude: 100%
(13 mm tip 사용시, Peak-to-peak 132 ㎛)(When using 13 mm tip, peak-to-peak 132 ㎛)
그리고, 그 결과를 하기 표 2와 도 4에 나타내었다.And, the results are shown in Table 2 and Figure 4 below.
=50:50AlOOH:SBR
=50:50
=60:40AlOOH:SBR
=60:40
=75:25AlOOH:SBR
=75:25
=80:20AlOOH:SBR
=80:20
=80:20AlOOH:PVDF
=80:20
=88:12AlOOH:PVDF
=88:12
도 4는 실시예 1, 4 및 비교예 1-2의 절연 코팅층의 습윤 접착력을 측정한 결과를 보여주는 도면이다.Figure 4 is a drawing showing the results of measuring the wet adhesion of the insulating coating layers of Examples 1 and 4 and Comparative Example 1-2.
표 2와 도 4를 살펴보면, 실시예 1의 전극 시편은 절연 코팅층에 스웰링 또는 탈리 발생이 없었다. 다만, 실시예 1의 경우 초음파 인가에 의한 전해액의 온도 증가로 EMC 의 끓는점이 107.5℃로, 용매가 증발하여 측정환경이 변화하여 109℃ 도달시 측정을 멈췄다.Looking at Table 2 and Fig. 4, the electrode specimen of Example 1 did not experience swelling or detachment in the insulating coating layer. However, in the case of Example 1, the boiling point of EMC was 107.5°C due to the increase in temperature of the electrolyte caused by the application of ultrasonic waves, and the measurement was stopped when it reached 109°C due to the evaporation of the solvent and the change in the measurement environment.
아울러, 실시예 2, 3의 경우 사진에는 나타나지 않았으나, 전극 시편도 실시예 1과 마찬가지로 절연 코팅층에 스웰링 또는 탈리가 발생하지 않았다. 다만, EMC 의 끓는점이 107.5℃로, 용매가 증발하여 측정환경이 변화하여 109℃ 도달시 측정을 멈췄다.In addition, for Examples 2 and 3, although not shown in the photographs, no swelling or detachment occurred in the insulating coating layer of the electrode specimens, as in Example 1. However, since the boiling point of EMC was 107.5°C, the measurement environment changed as the solvent evaporated, and the measurement was stopped when it reached 109°C.
실시예 4의 경우, 전해액에 초음파를 인가하고 15분 동안에는 전극 시편에 스웰링 또는 탈리가 발생하지 않았다. 다만, 도면에는 개시되어 있지 않으나, 계속된 초음파 인가에 의한 전해액의 온도 증가로 108℃ 를 도달하였을 때, 전극 시편의 스웰링과 탈리가 발생하였다.In the case of Example 4, when ultrasonic waves were applied to the electrolyte, no swelling or detachment occurred in the electrode specimen for 15 minutes. However, although not disclosed in the drawing, when the temperature of the electrolyte reached 108°C due to the continued application of ultrasonic waves, swelling and detachment of the electrode specimen occurred.
아울러, 비교예 1, 2의 경우, 전해액에 초음파를 인가한지 5분 만에 상기 전극 시편에 스웰링 및 탈리가 발생하였다. In addition, in the case of Comparative Examples 1 and 2, swelling and detachment occurred in the electrode specimen within 5 minutes of applying ultrasonic waves to the electrolyte.
이를 통해, 절연층의 습윤 접착력을 용이하게 측정할 수 있었으며, 실시예의 절연 코팅층이 비교예 1-2 의 절연 코팅층 대비 습윤 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있었다.Through this, the wet adhesion of the insulating layer could be easily measured, and it could be confirmed that the insulating coating layer of the example had superior wet adhesion compared to the insulating coating layer of Comparative Example 1-2.
실험예Experimental example 2. 절연 코팅층의 습윤 접착력 측정2. Measurement of wet adhesion of insulating coating layer
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 에서 제조한 금속 시편을 20mm × 125mm 크기로 타발한 후, 이의 건조 접착력, 습윤 접착력 등을 측정하였으며, 모노셀을 제작한 후 절연층의 탈리 여부를 확인하였다.The metal specimens manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were punched into a size of 20 mm × 125 mm, and then the dry adhesion, wet adhesion, etc. were measured. After manufacturing a monocell, the detachment of the insulating layer was checked.
절연층의Insulating layer 건조 접착력 측정Dry adhesion measurement
90°필 테스트(Peel Test) 방법을 이용하여 절연층이 형성된 금속 시편의 접착력을 측정하였다. 구체적으로, 슬라이드 글라스에 이미드(imide) 양면 테이프를 붙위고, 그 위에 전극 시편을 붙인후 2kg 롤러로 10회 왕복하여 접착시켰다. 이때, 절연층이 형성되지 않은 금속 시편의 일면을 슬라이드 글라스에 부착하였다.The adhesive strength of the metal specimen with the insulating layer formed was measured using the 90° Peel Test method. Specifically, an imide double-sided tape was attached to a slide glass, an electrode specimen was attached thereon, and then a 2 kg roller was used to roll it back and forth 10 times to adhere it. At this time, one side of the metal specimen without the insulating layer formed was attached to the slide glass.
그리고, UTM(TA 社) 기기를 이용하여 100mm/min으로 상기 절연층의 일측을 당겨 슬라이드 글라스로부터 박리되는 힘을 측정하였다. 이때, 슬라이드 글라스와 전극의 측정각도는 90°였다. Then, using a UTM (TA Corporation) device, one side of the insulating layer was pulled at 100 mm/min to measure the force required to peel off the slide glass. At this time, the measurement angle between the slide glass and the electrode was 90°.
이때, 각 금속 시편은 3개를 준비하였으며, 전술한 90°필 테스트를 통해 각 절연층의 접착력을 측정하고, 평균값을 구하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.At this time, three metal specimens were prepared, and the adhesive strength of each insulating layer was measured through the 90° peel test described above, and the average value was calculated, and the results are shown in Table 1 below.
절연층의Insulating layer 습윤 접착력 측정Wet Adhesion Measurement
90°필 테스트(Peel Test) 방법을 이용하여 절연층이 형성된 금속 시편의 접착력을 측정하였다. 도 4은 절연층이 형성된 금속 시편의 습윤 접착력 측정 과정을 순차적으로 나타낸 사진이다.The adhesion of the metal specimen with the insulating layer formed was measured using the 90° peel test method. Figure 4 is a photograph showing the process of measuring the wet adhesion of the metal specimen with the insulating layer formed sequentially.
도 4를 참조하면, 절연층이 형성된 금속 시편에서, 절연층의 일측 단부를 금속 시편으로부터 박리하여 절연층의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역을 형성한다(도 4a). 그리고, 상기 절연층이 형성된 금속 시편을 디메틸카보네이트(DEC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합용매(DEC:EC=1:1)에 함침시켰다. 이때, 용매는 평균 25℃(상온) 이였으며, 상기 전극 시편을 1시간 동안 함침시켰다. 상기 절연층의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역은 전해액에 함침되지 않도록 하였다(도 4b).Referring to Fig. 4, in a metal specimen having an insulating layer formed thereon, one end of the insulating layer is peeled off from the metal specimen to form a self-standing region of the insulating layer (Fig. 4a). Then, the metal specimen having the insulating layer formed thereon was immersed in a mixed solvent of dimethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) (DEC:EC=1:1). At this time, the solvent was at an average temperature of 25°C (room temperature), and the electrode specimen was immersed for 1 hour. The self-standing region of the insulating layer was not allowed to be immersed in an electrolyte (Fig. 4b).
다음으로, 슬라이드 글라스에 이미드(imide) 양면 테이프를 붙이고, 그 위에 전해액이 함침된 전극 시편을 붙인후 2kg 롤러로 10회 왕복하여 접착시켰다. 이때, 절연층이 형성되지 않은 금속 시편의 일면을 슬라이드 글라스에 부착하였다.Next, imide double-sided tape was attached to a slide glass, and an electrode specimen impregnated with electrolyte was attached thereon, and then a 2 kg roller was used to roll the specimen back and forth 10 times to adhere it. At this time, one side of the metal specimen on which an insulating layer was not formed was attached to the slide glass.
그리고, 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 고정 지그에 고정시킨 후 UTM(TA 社) 기기를 이용하여 100 mm/min으로 절연층의 셀프 스탠딩 영역을 당겨 절연층이 전극 시편으로부터 박리되는 힘을 측정하였다. 이때, 슬라이드 글라스와 절연층의 측정각도 90°였다(도 4c, 4d).Then, the test board with the electrode specimen attached was fixed to a fixing jig, and the self-standing area of the insulating layer was pulled at 100 mm/min using a UTM (TA Corporation) device to measure the force for the insulating layer to be peeled off from the electrode specimen. At this time, the measurement angle between the slide glass and the insulating layer was 90° (Figs. 4c and 4d).
참고로, 동일한 조건의 금속 시편은 3개를 준비하였으며, 전술한 90° 필 테스트를 통해 각 절연층의 접착력을 측정하고, 평균값을 구하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.For reference, three metal specimens under the same conditions were prepared, and the adhesive strength of each insulating layer was measured through the aforementioned 90° peel test, and the average value was calculated, and the results are shown in Table 1 below.
초음파를 이용한 Using ultrasound 절연층의Insulating layer 습윤 접착력 측정Wet Adhesion Measurement
전해액 함침시 초음파를 인가한 것을 제외하곤, 앞서 설명한 절연층의 습윤 접착력 측정 방법과 동일한 방법으로 절연층의 습윤 접착력을 측정하였다.The wet adhesion of the insulating layer was measured using the same method as that described above, except that ultrasonic waves were applied during electrolyte impregnation.
구체적으로, 상기 절연층이 형성된 금속 시편을 디메틸카보네이트(DEC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합용매(DEC:EC=1:1)에 함침시켰다. 그리고, 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 팁 소니케이터(tip sonicator)를 이용하여 5분 동안 초음파를 인가하였다.Specifically, the metal specimen on which the insulating layer was formed was immersed in a mixed solvent of dimethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) (DEC:EC=1:1). Then, ultrasonic waves were applied to the electrolyte in which the metal specimen was immersed for 5 minutes using a tip sonicator.
그리고, 전술한 90° 필 테스트를 통해 각 절연층의 접착력을 측정하고, 평균값을 구하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Then, the adhesive strength of each insulation layer was measured through the aforementioned 90° peel test, the average value was calculated, and the results are shown in Table 1 below.
전지 셀 제조 후 After manufacturing the battery cell 절연층의Insulating layer 탈리Tally 여부 확인Check whether
모노셀을 제작한 후 절연층의 탈리 여부를 확인하였다.After manufacturing the monocell, we checked whether the insulation layer detached.
모노셀은 리튬 금속을 양극으로 사용하고, 각 음극과 양극 사이에 분리막을 개재하고 적층시켜 전극 조립체를 제조하였다. 한편, 양극의 전극탭 부분에 실시예에서 사용한 절연액을 도포하여 절연층을 형성하였다. 이후, 디메틸카보네이트(DEC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합 용매(DEC:EC=1:1)에 1M 의 LiPF6를 용해시킨 전해액을 주입하여 제작하였다.The monocell was manufactured by using lithium metal as an anode, interposing a separator between each cathode and anode, and laminating the electrode assembly. Meanwhile, an insulating solution used in the example was applied to the electrode tab portion of the cathode to form an insulating layer. Thereafter, the electrolyte was manufactured by dissolving 1 M LiPF 6 in a mixed solvent of dimethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) (DEC:EC = 1:1).
상기와 같이 제조된 리튬 이차전지를 25℃ 에서 50회 동안 충방전하고, 분해한 후 양극의 전극 탭 단면을 관찰하여, 각 절연층의 탈리 여부를 확인하였다.The lithium secondary battery manufactured as described above was charged and discharged 50 times at 25°C, disassembled, and the cross-section of the electrode tab of the positive electrode was observed to check whether each insulating layer was detached.
그리고, 절연층의 탈리 여부 결과는 하기 표 1에 나타내었다.And, the results of whether the insulation layer was detached or not are shown in Table 1 below.
표 3을 살펴보면, 건조 상태에서 절연층과 습윤상태에서 절연층의 접착력, 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력의 차이를 확인할 수 있었다.Looking at Table 3, we could see the difference in the adhesive strength of the insulation layer in a dry state, in a wet state, and in the wet adhesive strength of the insulation layer using ultrasonic waves.
특히, 실시예 1과 비교예 1, 3을 비교하여 보면, 절연층의 건조 접착력은 각각 21.4 gf/20mm, 21.7 gf/20mm 및 21.5 gf/20mm 로 서로 유사하였으나, 절연층의 습윤 접착력과 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력은 차이가 있었다. 특히, 실시예 1과 비교예 1, 2의 습윤 접착력은 서로 유사하였으며, 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력은 각각 17.1 gf/20mm, 12.1 gf/20mm, 11.5 gf/20mm로, 실시예 1이 비교예 1, 2 대비 초음파를 이용한 절연층의 습윤 접착력이 높았다.In particular, when comparing Example 1 with Comparative Examples 1 and 3, the dry adhesion of the insulation layer was similar to each other at 21.4 gf/20mm, 21.7 gf/20mm, and 21.5 gf/20mm, respectively, but there was a difference between the wet adhesion of the insulation layer and the wet adhesion of the insulation layer using ultrasonic waves. In particular, the wet adhesion of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were similar to each other, and the wet adhesion of the insulation layer using ultrasonic waves was 17.1 gf/20mm, 12.1 gf/20mm, and 11.5 gf/20mm, respectively, showing that Example 1 had a higher wet adhesion of the insulation layer using ultrasonic waves than Comparative Examples 1 and 2.
아울러, 셀 제조 후 절연층의 탈리 여부를 관찰한 결과, 습윤 접착력이 낮은 비교예 1~2의 전극에서 절연층의 탈리가 발생하였다.In addition, as a result of observing whether the insulating layer detached after cell manufacturing, detachment of the insulating layer occurred in the electrodes of Comparative Examples 1 and 2, which had low wet adhesive strength.
이는, 전극이 전해액에 함침된 상태에서 초음파를 인가한 후, 절연층의 접착력 평가를 함으로써, 이차전지 내부 상태의 전극을 모사할 수 있으며, 이에 따라 절연층의 탈리 예측에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.This has the effect of simulating the internal state of an electrode in a secondary battery by evaluating the adhesive strength of an insulating layer after applying ultrasonic waves while the electrode is immersed in an electrolyte, thereby increasing the reliability of predicting detachment of the insulating layer.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative description of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within a scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.
100: 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템
110: 테스트 기판
111: 절연층
1111: 셀프 스탠딩 영역
112: 금속 시편
120: 고정 지그
121: 안착부
122: 제1 고정부
1221: 클램핑 부재
123: 제2 고정부
1231: 클램핑 부재
1232: 체결홈
1233: 체결돌기
130: 접착력 측정장치
131: 그립부
1311: 조 페이스
132: 출력부100: Wet adhesion measurement system of insulation layer
110: Test board
111: Insulating layer
1111: Self-standing area
112: Metal specimen
120: Fixed jig
121: Settlement
122: 1st fixed part
1221: Clamping Absence
123: Second fixed part
1231: Clamping Absence
1232: Conclusion Home
1233: Fastening protrusion
130: Adhesion Measuring Device
131: Grip
1311: Joe Pace
132: Output section
Claims (17)
절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침(wetting) 하는 단계;
금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 단계; 및
금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계를 포함하며,
상기 금속 시편을 전해액에 함침시키는 단계는,
절연층의 셀프 스탠딩 영역을 제외한 금속 시편은 전해액에 함침시키되,
절연층의 셀프 스탠딩 영역은 전해액에 함침시키지 않는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
A step of forming a self-standing region of the insulating layer;
A step of wetting a metal specimen on which an insulating layer has been formed in an electrolyte;
A step of applying ultrasonic waves to an electrolyte solution in which a metal specimen is impregnated; and
A step of checking the adhesion of an insulating layer formed on a metal specimen is included.
The step of immersing the above metal specimen in an electrolyte is:
The metal specimen, excluding the self-standing area of the insulating layer, is immersed in the electrolyte.
A method for measuring the wet adhesion of an insulating layer without immersing it in an electrolyte, the self-standing area of the insulating layer.
금속 시편에 형성된 절연층의 접착력을 확인하는 단계는, 절연층의 스웰링 및 탈리 여부를 확인하는 과정을 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, the step of checking the adhesion of an insulating layer formed on a metal specimen including a process of checking whether the insulating layer is swelling or detached.
금속 시편의 절연층의 접착력을 확인하는 단계는, 전해액이 함침된 금속 시편을 고정한 상태에서, 절연층의 일측에 인장력을 가해 금속 시편으로부터 절연층이 박리되는 힘을 측정하는 절연층의 접착력을 측정하는 과정을 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, the step of checking the adhesion of an insulating layer of a metal specimen includes a process of measuring the adhesion of an insulating layer by applying a tensile force to one side of the insulating layer while fixing a metal specimen impregnated with an electrolyte and measuring the force at which the insulating layer is peeled off from the metal specimen.
상기 절연층의 셀프 스탠딩 영역을 형성하는 단계는, 절연층의 일측이 금속 시편으로부터 수직하는 방향으로 자립하도록 절연층의 일측 단부를 박리하는 과정을 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, wherein the step of forming a self-standing region of the insulating layer includes a process of peeling off one end of the insulating layer so that one side of the insulating layer becomes self-standing in a direction perpendicular to a metal specimen.
절연층의 접착력을 측정하는 과정은, 절연층이 형성되지 않은 금속 시편의 일면을 테스트 기판에 부착하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the third paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, characterized in that the process of measuring the adhesion of the insulating layer includes a process of attaching one side of a metal specimen on which an insulating layer is not formed to a test substrate.
절연층의 접착력을 측정하는 단계는, 절연층의 일측을 테스트 기판과 수직하는 방향으로 인장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the third paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, characterized in that the step of measuring adhesion of the insulating layer includes a process of pulling one side of the insulating layer in a direction perpendicular to the test substrate.
전해액에 초음파를 인가하는 단계는, 팁 소니케이터(tip sonicator) 또는 배스 소니케이터(bath sonicator)에 의하여 수행되는 것인 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, wherein the step of applying ultrasonic waves to an electrolyte is performed by a tip sonicator or a bath sonicator.
전해액에 초음파를 인가하는 단계는, 1kHz 내지 200kHz 의 초음파를 인가하는 과정을 포함하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, wherein the step of applying ultrasonic waves to an electrolyte includes a process of applying ultrasonic waves of 1 kHz to 200 kHz.
전해액은, 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트(VC), 비닐에틸렌 카보네이트(VEC), 부틸렌카보네이트, 에틸프로피오네이트, 에틸부티레이트, 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 감마-발레로락톤, 마-부티로락톤 및 테트라하이드로퓨란으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, characterized in that the electrolyte contains at least one organic solvent selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), butylene carbonate, ethyl propionate, ethyl butyrate, dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide, dimethyl acetamide, gamma-valerolactone, m-butyrolactone, and tetrahydrofuran.
금속 시편은, 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, wherein the metal specimen is made of aluminum, copper or an aluminum alloy.
절연층은, 바인더 고분자; 또는 무기입자 및 바인더 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연층의 습윤 접착력 측정 방법.
In the first paragraph,
A method for measuring wet adhesion of an insulating layer, characterized in that the insulating layer comprises a binder polymer; or an inorganic particle and a binder polymer.
셀프 스탠딩 영역이 형성된 금속 시편이 부착된 테스트 기판을 고정하는 고정 지그;
내부에 전해액이 수용되며, 절연층이 형성된 금속 시편이 함침되는 수조;
금속 시편이 함침된 전해액에 초음파를 인가하는 초음파 분산기; 및
절연층의 셀프 스탠딩 영역을 파지하는 그립부를 포함하고, 파지된 절연층에 인장력을 가해 금속 시편으로부터 절연층이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정장치를 포함하며,
상기 수조에 수용된 전해액에는,
절연층의 셀프 스탠딩 영역을 제외한 금속 시편은 전해액에 함침시키되,
절연층의 셀프 스탠딩 영역은 전해액에 함침시키지 않는 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템.
A test substrate to which a metal specimen immersed in an electrolyte is attached;
A fixing jig for fixing a test substrate to which a metal specimen having a self-standing area formed thereon is attached;
A tank containing an electrolyte inside and impregnated with a metal specimen having an insulating layer formed thereon;
An ultrasonic disperser that applies ultrasonic waves to an electrolyte solution in which a metal specimen is impregnated; and
It includes a gripping part that holds a self-standing area of an insulating layer, and an adhesive measuring device that applies a tensile force to the held insulating layer and measures the force at which the insulating layer is peeled off from a metal specimen.
The electrolyte contained in the above tank contains:
The metal specimen, excluding the self-standing area of the insulating layer, is immersed in the electrolyte.
Self-standing area of the insulating layer is a system for measuring the wet adhesion of the insulating layer without immersion in electrolyte.
초음파 분산기는, 팁 소니케이터(tip sonicator) 또는 배스 소니케이터(bath sonicator)인 것을 특징으로 하는 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템.
In Article 13,
A system for measuring the wet adhesion of an insulating layer, characterized in that the ultrasonic disperser is a tip sonicator or a bath sonicator.
고정 지그는, 테스트 기판이 안착되는 안착부; 및
안착부에 설치되어, 테스트 기판의 일측과 타측을 각각 고정하는 바 형태의 제1 및 제2 고정부를 포함하며,
상기 제2 고정부의 일측은 힌지핀에 의해 회동 가능한 상태로 결속된 구조인 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템.
In Article 13,
A fixed jig is a fixture on which a test board is fixed; and
It is installed on the mounting part and includes first and second fixing parts in the form of bars that fix one side and the other side of the test board, respectively.
A system for measuring wet adhesion of an insulating layer, wherein one side of the second fixed part is rotatably connected by a hinge pin.
접착력 측정장치는, 90°박리 시험기(Peel tester)인 것을 특징으로 하는 절연층의 습윤 접착력 측정 시스템.In Article 13,
A wet adhesion measurement system of an insulating layer, characterized in that the adhesion measurement device is a 90° peel tester.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20210810 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20240219 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20210810 Comment text: Patent Application |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20241018 Patent event code: PE09021S01D |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20250422 |
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| PG1601 | Publication of registration |