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용액 소결 방법을 이용한 PVdF 나노입자 코팅 배터리 분리막의 기공 형상
오준봉(J. F. Wu),김규영(G. Kim),안평(P. An),이동진(D. Lee) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
요즘 그 잠재성이 부각되고 있는 전기자동차의 핵심적인 부품은 배터리이다. 배터리는 양극과 음극, 전해질과 분리막으로 구성되어 있다. 리튬 이온 배터리의 핵심 구성요소 중 하나인 분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉은 방지하고 전해질은 통과시키는 필수적인 기능을 한다. 전기자동차용 리튬 이온 배터리는 양극과 음극을 고밀도로 겹쳐 쌓아 그 용량을 극대화 시킨다. 전기자동차용 배터리는 고온 및 장시간 과부하 또는 지속적인 진동 등의 극한 환경에서 배터리 고장, 화재 등의 사고를 유발하기 때문에 내열성 강화가 필요해서 현재는 표면 코팅 방식을 많이 개발하고 있다. 본 연구에서는 값이 싸고 화학적으로 매우 안정적인 PVdF (Polyvinylidene Fluoride) 나노입자를 코팅하여 분리막의 내열성과 강도를 향상시킨다. 분리막에 수액 베이스의 PVdF 나노입자를 먼저 슬롯다이코팅하고, 손쉬운 용액 소결(Solution Sintering) 방법을 이용하여 PVdF 나노입자를 부분적으로 녹여 입자간 연결성을 강화시킨다. 코팅하고 소결된 PVdF 나노입자가 기계적, 열적 안정성을 제공하고 나노입자 사이의 기공을 통해 이온이 이동할 수 있다. 따라서 소결 정도는 기공의 형상, 크기 및 개수, 기계적 성능, 내열 성능에 영향을 미친다. 소결 용액은 NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 사용하였고, 소결하는 정도는 주로 NMP 의 농도에 따라 다루게 설정하였다. 본 연구에서는 NMP 를 아세톤, 에탄올로 희석하여 PVdF 나노입자를 소결하였고 생기는 기공을 관찰하고 소결 공정을 제어하였다.