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향후 우리 사회의 혁신적 변화를 가져올 휴대용 전자기기, 전기자동차 및 스마트 그리드 에너지 저장장치 등의 비약적인 발전에 따라, 그 전원으로서 리튬이차전지에 대한 관심이 더욱 증대하고 있다. 본 총설에서는, 리튬이차전지 핵심 소재 중 하나인 분리막에 대해 기공 구조 및 물리화학적 물성 관점에서 고찰하고, 이와 함께 최신 연구 동향을 소개하고자 한다. 리튬이차전지 분리막은 양극과 음극 사이에 위치하는 다공성 막으로서, 두 전극 간의 전기적 단락을 방지하고, 이온의 흐름을 가능하게 하는 기능을 갖는다. 분리막 자체는 전지 내 전기화학 반응에는 직접적으로 참여하지 않으나, 앞서 언급한 기능들에 의해 전지 성능 및 안전성에 큰 영향을 끼친다. 최근 들어, 이러한 분리막의 기본 특성 이외에, 전지 안전성 강화 및 금속 이온 흡착 등을 비롯한 다양한 기능 부여를 위한 노력들이 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 현재 상업화된 폴리올 레핀 분리막에 대한 이해를 토대로, 개질 폴리올레핀 분리막, 부직포 분리막, 세라믹 복합 분리막 및 화학 활성 분리막 등으 로 대표되는 최신 분리막 기술들을, 차세대 전지 개발 방향과 관련 지어 기술하고자 한다.
Lithium-ion rechargeable batteries (LIBs) have garnered increasing attention with the rapid advancements in portable electronics, electric vehicles, and grid-scale energy storage systems which are expected to drastically change our future lives. This review describes a separator membrane, one of the key components in LIBs, in terms of porous structure and physicochemical properties, and its recent development trends are followed. The separator membrane is a kind of porous membrane that is positioned between a cathode and an anode. Its major functions involve electrical isolation between the electrodes while serving as an ionic transport channel that is filled with liquid electrolyte. The separator membranes are not directly involved in redox reactions of LIBs, however, their aforementioned roles significantly affect performance and safety of LIBs. A variety of research approaches have been recently conducted in separator membranes in order to further reinforce battery safeties and also widen chemical functionalities. This review starts with introduction to commercial polyolefin separators that are currently most widely used in LIBs. Based on this understanding, modified polyolefin separators, nonwoven separators, ceramic composite separators, and chemically active separators will be described, with special attention to their relationship with future research directions of advanced LIBs.
2. Requirements for Separator Membranes
2.1. Chemical and electrochemical stability
2.2. Mechanical strength
2.3. Pore size and pore size distribution
2.4. Porosity
2.5. Permeability
2.6. Wettability
2.7. Thickness
2.8. Thermal shrinkage
2.9. Dimensional stability
2.10. Cost
3. Classification of Separator Membranes
3.1. Polyolefin separators
3.2. Surface-modified polyolefin separators
3.3. Nonwoven mat separators
3.4. Ceramic composite separators
4. Recent Progresses in Separator Membranes
4.1. Fabrication of highly porous nonwovenseparators
4.2. Functional materials for separators
4.3. Chemically active separators
5. Summary and Prospects
Reference
