분리막(分離膜: Separator)

리튬이온배터리를 구성하는 4대 소재는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막이다.

분리막은 얇은 막(膜, membrane) 형태의 작은 구멍으로 리튬이온 같은 이온 흐름은 투과(透過)시키지만, 전극의 전기적 접촉(electric short)을 방지하면서 전류를 발생시키는 얇은 막이라고 정의할 수 있다. 분리막은 전지를 구성하는 양극과 음극, 즉 반대 극성의 전극 사이에 배치된 다공성 얇은 막으로 분리막이 제 기능을 못 하면 원활한 배터리의 충·방전을 지원하지 못하게 되고, 덴드라이트(dendrite, 수지상 樹枝狀 돌기, 나뭇가지 형상으로 성장한 결정) 등으로 인해 분리막이 파괴되면 양극과 음극이 단락(短絡, short circuit)되어 배터리가 폭발하는 사고가 발생한다. 분리막 두께는 4㎛에서 최대 25㎛(마이크로미터)까지 사용하고, 고장 등으로 배터리 온도가 올라갈 때 Shutdown 될 수 있도록 분리막 소재의 융점(Melting Point)은 120~170℃ 정도를 사용하며, 분리막의 소재는 폴리에틸렌(PE, polyethylene)과 폴리프로필렌(PP, polypropylene)을 사용한다.

안정성을 담당하는 분리막은 역할은 다음과 같다.

1) 배터리 내부에서 양극과 음극이 접촉하지 않도록 물리적으로 분리해 준다. 배터리 내부 온도가 올라가면 액체 전해질이 말라 양극과 음극 사이 단락(short)이 발생해 화재나 폭발로 이어질 수 있다. 절연층인

분리막은 이런 상황이 일어나지 않도록 막아준다.

2) 눈에는 보이지 않는 ‘포어(pore)’라는 기공을 통해 리튬이온이 양극과 음극을 이동할 수 있도록 통로

역할을 한다. 이 통로로 리튬이온은 양극과 음극을 오가면 배터리가 충·방전된다.

3) 배터리 내부 온도가 일정 수준 이상 올라가면 분리막 표면에 있는 기공이 막히면서 리튬이온 이동을

차단한다. 뜨거운 열에 비닐이 수축하는 것과 같은 원리다. 열이 오르는 상황에서 기공을 닫아 단락이

일어나지 않도록 하는 것이다.

4) 높은 기계적 강도를 지닌 분리막은 강한 힘을 받을 때 배터리 내부에서 발생하는 부산물이나 이물질이

두 극 사이를 오가는 것을 막는다. 역시 안전성을 확보하는 것이다. 

 화재전문가