KR101708364B1 - Composite binder for battery, anode and lithium battery containing the binder - Google Patents

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Abstract

무기입자; 바인더중합체; 및 유무기 결합제;를 포함하는 전지용 복합바인더를 포함하는 복합바인더, 이를 포함하는 음극 및 리튬전지가 제시된다.Inorganic particles; Binder polymers; And an organic / inorganic binder; and a negative electrode and a lithium battery including the composite binder.

Description

전지용 복합바인더, 이를 채용한 음극과 리튬전지{Composite binder for battery, anode and lithium battery containing the binder}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite binder for a battery, a cathode and a lithium battery employing the composite binder,

전지용 복합바인더, 이를 채용한 음극과 리튬 전지에 관한 것이다.A composite binder for a battery, and a negative electrode and a lithium battery employing the composite binder.

리튬전지는 고전압 및 고에너지 밀도를 가짐에 의하여 다양한 용도에 사용된다. 예를 들어, 전기자동자(HEV, PHEV) 등의 분야는 고온에서 작동할 수 있고, 많은 양의 전기를 충전하거나 방전하여야 하고 장시간 사용되어야 하므로 방전용량 및 수명특성이 우수한 리튬전지가 요구된다.Lithium batteries are used for a variety of applications by having high voltage and high energy density. For example, the field of electric automobiles (HEV, PHEV) and the like require a lithium battery which can operate at a high temperature and charge or discharge a large amount of electricity and must be used for a long time, and therefore has excellent discharge capacity and life characteristics.

탄소계 재료는 다공성으로서 충방전 시의 부피 변화가 적어 안정하다. 그러나, 일반적으로 탄소계 재료는 탄소의 다공성 구조로 인해 전지 용량이 낮다. 예를 들어, 결정성이 높은 흑연의 이론적인 용량은 LiC6 조성에서 372mAh/g 이다.The carbon-based material is porous and stable in terms of volume change during charging and discharging. However, in general, the carbon-based material has a low cell capacity due to the porous structure of carbon. For example, the theoretical capacity of high crystalline graphite is 372 mAh / g in the LiC 6 composition.

상기 탄소계 재료에 비하여 전기 용량이 높은 음극활물질로서 리튬과 합금가능한 금속이 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al 등이다. 그러나, 상기 리튬과 합금 가능한 금속들은 열화되기 쉬워 수명특성이 낮다. 예를 들어, Sn은 충방전이 반복됨에 따라 Sn 입자들의 응집(aggregation) 및 파쇄 과정이 반복되어 Sn 입자들이 전기적으로 단절된다.A metal capable of alloying with lithium may be used as a negative electrode active material having a higher electric capacity than the carbon-based material. For example, metals capable of alloying with lithium are Si, Sn, Al, and the like. However, the metals capable of alloying with lithium are liable to be deteriorated, so that the life characteristics are low. For example, as Sn is repeatedly charged and discharged, aggregation and disintegration of Sn particles are repeated, and Sn particles are electrically disconnected.

따라서, 이러한 비탄소계 음극활물질의 부피변화를 수용 및/또는 억제하여 리튬전지의 수명특성을 향상시킬 수 있는 바인더가 요구된다.Therefore, there is a demand for a binder capable of improving the lifetime characteristics of the lithium battery by accepting and / or inhibiting the volume change of the non-carbon anode active material.

한 측면은 향상된 인장 강도를 가지는 전지용 복합바인더를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a composite binder for a battery having an improved tensile strength.

다른 한 측면은 상기 복합바인더를 포함하는 음극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a negative electrode comprising the composite binder.

또 다른 한 측면은 상기 음극을 채용한 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery employing the negative electrode.

한 측면에 따라,According to one aspect,

무기입자;Inorganic particles;

바인더중합체; 및Binder polymers; And

유무기 결합제;를 포함하는 전지용 복합바인더가 제공된다.And an organic / inorganic binder.

다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

상기 복합바인더를 포함하는 음극이 제공된다.A negative electrode comprising the composite binder is provided.

또 다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

상기 음극을 채용한 리튬전지가 제공된다.A lithium battery employing the negative electrode is provided.

한 측면에 따르면 무기입자; 바인더중합체; 및 유무기 결합제;를 포함하는 복합바인더를 포함함에 의하여 리튬전지의 사이클특성이 향상될 수 있다.According to one aspect, inorganic particles; Binder polymers; And the organic binder, the cycle characteristics of the lithium battery can be improved.

도 1은 예시적인 구현예에 따른 복합바인더의 모식도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 복합바인더의 인장강도 실험결과이다.
도 3은 예시적인 구현예에 따른 리튬전지의 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 리튬전지 2: 음극
3: 양극 4: 세퍼레이터
5: 전지케이스 6: 캡 어셈블리
1 is a schematic diagram of a composite binder according to an exemplary embodiment.
Fig. 2 shows the tensile strength test results of the composite binder produced in Example 1 and Comparative Example 1. Fig.
3 is a schematic diagram of a lithium battery according to an exemplary embodiment.
Description of the Related Art
1: Lithium battery 2: cathode
3: anode 4: separator
5: Battery case 6: Cap assembly

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 전지용 복합바인더, 이를 포함하는 음극, 상기 음극을 채용한 리튬전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a composite binder for a battery according to exemplary embodiments, a negative electrode including the same, and a lithium battery employing the negative electrode will be described in more detail.

일구현예에 다른 전지용 복합바인더는 무기입자; 바인더중합체; 및 유무기 결합제;를 포함한다. 상기 전지용 복합바인더는 무기입자 및 바인더중합체를 포함하며 상기 유무기 결합제가 상기 무기입자와 바인더중합체를 결착시킴에 의하여 높은 강도를 가질 수 있어, 충방전시 음극활물질의 부피변화를 수용 및/또는 억제함에 의하여 상기 복합바인더를 포함하는 리튬전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.In one embodiment, the composite binder for a battery comprises inorganic particles; Binder polymers; And an organic binder. The composite binder for a battery includes inorganic particles and a binder polymer, and the inorganic binder can bind to the binder polymer with the binder to have high strength, so that the change in volume of the negative electrode active material upon acceptance and / The cycle characteristics of the lithium battery including the composite binder can be improved.

상기 복합바인더는 음극에 적용되기 전에는 용매를 포함하는 바인더 용액일 수 있다. 예를 들어, 용매 내에 바인더중합체 입자가 분산되고 상기 바인더중합체 입자 내에 무기입자가 다시 분산될 수 있다. 상기 무기입자는 바인더중합체의 종류에 따라 바인더중합체 입자 내에 전체적으로 균일하게 분산되거나, 바인더중합체의 입자의 표면 주위에 주로 분산될 수 있다.The composite binder may be a binder solution including a solvent before being applied to a cathode. For example, the binder polymer particles may be dispersed in the solvent and the inorganic particles may be dispersed again in the binder polymer particles. The inorganic particles may be dispersed entirely uniformly in the binder polymer particles or mainly dispersed around the surface of the particles of the binder polymer depending on the kind of the binder polymer.

따라서, 상기 바인더 용액에서 용매가 제거된 후에도, 상기 복합바인더에서 무기입자는 상기 바인더중합체 내에 분산된 상태로 존재할 수 있다.Therefore, even after the solvent is removed from the binder solution, the inorganic particles in the composite binder may be dispersed in the binder polymer.

상기 유무기 결합제는 무기입자 상의 적어도 일부에 배치되어 무기입자와 바인더중합체를 결착시킬 수 있다. 상기 유무기 결합제는 무기입자를 완전히 피복할 수 있거나 상기 무기입자의 표면에 아일랜드 타입으로 부분적으로 존재할 수 있다. 상기 복합바인더는 바인더 용액에서 예를 들어 도 1에 도시된 형태를 가질 수 있다.The organic binder may be disposed on at least a part of the inorganic particles to bind the inorganic particles and the binder polymer. The organic binder may completely cover the inorganic particles or partially exist in the island type on the surface of the inorganic particles. The composite binder may have, for example, the shape shown in FIG. 1 in the binder solution.

상기 무기입자는 표면에 하이드록시기 등이 존재할 수 있는 친수성(hydrophilic) 입자일 수 있다. 친수성 입자는 바인더중합체 및 유무기 결합제와의 반응성이 높을 수 있다. 또한, 상기 무기입자는 비정질상(amorphous phase)을 가질 수 있다.The inorganic particles may be hydrophilic particles having a hydroxyl group on the surface thereof. The hydrophilic particles may have high reactivity with the binder polymer and the organic binder. In addition, the inorganic particles may have an amorphous phase.

상기 무기입자의 평균입경이 1nm 내지 1000nm일 수 있다. 예를 들어, 상기무기입자의 평균입경은 1nm 내지 100nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기입자의 평균입경은 10nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 무기입자의 평균입경이 너무 작으면 제조가 용이하지 않을 수 있으며, 평균입경이 너무 크면 바인더의 경도가 낮을 수 있다.The average particle size of the inorganic particles may be 1 nm to 1000 nm. For example, the average particle size of the inorganic particles may be 1 nm to 100 nm. For example, the average particle size of the inorganic particles may be 10 nm to 100 nm. If the average particle size of the inorganic particles is too small, the preparation may not be easy. If the average particle size is too large, the hardness of the binder may be low.

상기 무기입자는 금속산화물 및 준금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기입자는 실리카, 알루미나, 티타니아, 불화마그네슘 및 지르코니아로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상 일 수 있다.The inorganic particles may be at least one selected from the group consisting of metal oxides and metalloid oxides. For example, the inorganic particles may be at least one selected from the group consisting of silica, alumina, titania, magnesium fluoride, and zirconia.

상기 무기입자는 콜로이드 상태로 사용될 수 있다. 상기 콜로이드 상태의 무기입자는 산성, 중성 또는 알칼리성을 가질 수 있으나, 예를 들어, pH 8 내지 11일 수 있다. 상기 pH가 지나치게 낮으면 콜로이드 상태의 무기입자가 응집 및 겔화될 수 있으며, 상기 pH가 지나치게 높으면 저장 안정성이 저하될 수 있다.The inorganic particles may be used in a colloidal state. The inorganic particles in the colloidal state may have acidity, neutrality or alkalinity, but may be, for example, a pH of 8 to 11. If the pH is too low, the colloidal inorganic particles can flocculate and gel, and if the pH is too high, the storage stability may be deteriorated.

상기 유무기 결합제는 실란계 화합물일 수 있다. 상기 유무기 결합제는 실란커플링제의 가수분해물일 수 있다. 상기 실란 커플링제는 가수 분해성 작용기를 가지는 유기실리콘화합물일 수 있다. 상기 가수분해성 작용기는 가수분해 후에 실리카 등의 무기입자와 결합할 수 있는 작용기이다. 예를 들어, 상기 실란커플링제는 알콕시기, 할로겐기, 아미노기, 비닐기, 글리시독시기 및 수산기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The organic binder may be a silane-based compound. The organic binder may be a hydrolyzate of a silane coupling agent. The silane coupling agent may be an organosilicon compound having a hydrolyzable functional group. The hydrolyzable functional group is a functional group capable of binding with inorganic particles such as silica after hydrolysis. For example, the silane coupling agent may include at least one member selected from the group consisting of an alkoxy group, a halogen group, an amino group, a vinyl group, a glycidoxy group, and a hydroxyl group.

예를 들어, 상기 실란커플링제는 비닐알킬알콕시실란, 에폭시알킬알콕시실란, 머캅토알킬알콕시실란, 비닐할로실란 및 알킬아실옥시실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.For example, the silane coupling agent may be at least one selected from the group consisting of vinyl alkyl alkoxy silane, epoxy alkyl alkoxy silane, mercaptoalkyl alkoxy silane, vinyl halosilane and alkyl acyloxy silane.

예를 들어, 상기 실란커플링제는 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, 비닐트리클로로실란, 및 메틸트리아세톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 실란커플링제라면 모두 가능하다.For example, the silane coupling agent is selected from the group consisting of vinyltris (? -Methoxyethoxy) silane,? -Methacryloxypropyltrimethoxysilane,? -Glycidoxypropyltrimethoxysilane,? - (3,4- Epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane,? -Glycidoxypropylmethyldiethoxysilane,? -Aminopropyltriethoxysilane,? -Mercaptopropyltrimethoxysilane,? -Chloropropyltrimethoxysilane, vinyl Trichlorosilane, and methyltriacetoxysilane, but not always limited thereto, and any silane coupling agent that can be used in the art can be used.

상기 바인더중합체는 무기입자와 수소결합 등의 결합을 형성할 수 있는 극성 작용기를 가지는 고분자라면 모두 가능하다. 상기 극성작용기는 카르복실기, 하이드록시기 등일 수 있다.The binder polymer may be any polymer having a polar functional group capable of forming a bond such as a hydrogen bond with an inorganic particle. The polar functional group may be a carboxyl group, a hydroxyl group, or the like.

상기 바인더중합체의 유리전이 온도는 -50℃ 내지 60℃일 수 있다. 예를 들어,상기 바인더중합체의 유리전이 온도는 -40℃ 내지 20℃일 수 있다. 상기 유리전이온도 범위 내에서 적합한 바인더 경도가 얻어질 수 있다.The glass transition temperature of the binder polymer may be from -50 캜 to 60 캜. For example, the glass transition temperature of the binder polymer may be from -40 占 폚 to 20 占 폚. A suitable binder hardness within the glass transition temperature range can be obtained.

예를 들어, 상기 바인더중합체는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로오스 및 디아세틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 수계 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.For example, the binder polymer may be selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene- styrene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, Polyolefins such as ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylate, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene propylene diene air Polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose and diacetylcellulose And &lt; RTI ID = 0.0 &gt; Not all information is available as long as they can be used as the aqueous binder in the art.

상기 바인더중합체를 제조하기 위하여 사용되는 단량체는 예를 들어 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 부틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산-2-에틸헥실 등의 에킬렌성 불포화 카르복실산 알킬에스테르; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴, α-시아노에틸 아크릴로니트릴 등의 시아노기 함유 에틸렌성 불포화 단량체; 1,3-부타디엔, 이소프렌, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 2-에틸-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 클로로프렌 등의 공역디엔 단량체; 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 시트라콘산 등의 에틸렌상 불포화 카르본산 및 그 염; 스티렌, 일킬스티렌, 비닐나프탈렌 등의 방향족 비닐 단량체; 플루오르에틸비닐에테르 등의 플루오로알킬비닐에테르; 비닐피리딘; 비닐노보넨, 디시클로펜타디엔, 1,4-헥사디엔 등의 비공역 디엔 단량체; 에틸렌, 프로필렌 등의 α-올레핀; 메타아크릴아미드 등의 에틸렌성 불포화 아미드 단량체; 등이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 단량체라면 모두 가능하다.Monomers used for preparing the binder polymer include, for example, ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl esters such as methyl methacrylate, butyl methacrylate, ethyl methacrylate and 2-ethylhexyl methacrylate; Cyano group-containing ethylenically unsaturated monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile,? -Chloroacrylonitrile and? -Cyanoethyl acrylonitrile; Conjugated diene monomers such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene and chloroprene; Ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and citraconic acid, and salts thereof; Aromatic vinyl monomers such as styrene, yl styrene, and vinyl naphthalene; Fluoroalkyl vinyl ethers such as fluoroethyl vinyl ether; Vinyl pyridine; Non-conjugated diene monomers such as vinyl norbornene, dicyclopentadiene and 1,4-hexadiene; ? -Olefins such as ethylene and propylene; Ethylenically unsaturated amide monomers such as methacrylamide; Etc., but not limited thereto, and any monomers that can be used in the technical field are all possible.

상기 바인더중합체는 유화 중합, 용액 중합 등의 다양한 방법으로 제조될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 방법에서 사용되는 반응조건도 당업자가 적절히 조절할 수 있다.The binder polymer may be prepared by various methods such as emulsion polymerization and solution polymerization, and is not particularly limited. The reaction conditions used in the above method can also be appropriately adjusted by those skilled in the art.

상기 바인더중합체는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어 에먼젼 상태로 사용될 수 있다. 상기 에멀젼에 분산된 고분자 입자의 입경이 0.05 내지 1㎛일 수 있다. 예를 들어, 고분자 입자의 입경이 0.05 내지 0.5㎛일 수 있다. 예를 들어, 고분자 입자의 입경이 0.05 내지 0.2㎛일 수 있다. 상기 에멀젼에 분산된 고분자 입자의 입경이 지나치게 작으면 에멀젼의 점도가 높아져 취급이 용이하지 않으며, 고분자 입자의 입경이 지나치게 크면 초기 접착력이 감소할 수 있다.The binder polymer may have various forms and may be used, for example, in an emulsion state. The particle size of the polymer particles dispersed in the emulsion may be 0.05 to 1 탆. For example, the particle size of the polymer particles may be 0.05 to 0.5 탆. For example, the particle size of the polymer particles may be 0.05 to 0.2 탆. If the particle size of the polymer particles dispersed in the emulsion is too small, the viscosity of the emulsion becomes high and the handling is not easy. If the particle size of the polymer particle is too large, the initial adhesion force may be decreased.

상기 에멀젼은 안정성을 유지하기 위하여 pH 7 내지 11의 범위에 있을 수 있다. pH 조정제로서 암모니아, 알칼리금속의 수산화물 등이 사용될 수 있다.The emulsion may be in the range of pH 7-11 to maintain stability. Ammonia and hydroxides of alkali metals may be used as the pH adjusting agent.

상기 전지용 복합바인더에서 바인더중합체, 무기입자 및 유무기바인더의 함량은 바인더중합체 100 중량부에 대하여 무기입자 1 내지 30중량부 및 유무기바인더 0.01 내지 5중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 비율은 바인더중합체 100 중량부에 대하여 무기입자 3 내지 15중량부 및 유무기바인더 0.01 내지 5중량부일 수 있다.
The content of the binder polymer, the inorganic particles and the organic binder in the battery composite binder may be 1 to 30 parts by weight of the inorganic particles and 0.01 to 5 parts by weight of the organic binder with respect to 100 parts by weight of the binder polymer. For example, the mixing ratio may be 3 to 15 parts by weight of the inorganic particles and 0.01 to 5 parts by weight of the organic binder to 100 parts by weight of the binder polymer.

다른 구현예에 따르는 음극은 음극활물질 및 상술한 전지용 복합바인더를 포함한다. 상기 음극은 예를 들어 음극활물질 및 상기 전지용 복합바인더를 포함하는 음극활물질 조성물이 일정한 형상으로 성형되거나, 상기의 음극활물질 조성물이 동박(copper foil) 등의 집전체에 도포되는 방법으로 제조될 수 있다.The negative electrode according to another embodiment includes the negative electrode active material and the above-described composite binder for a battery. The negative electrode may be manufactured, for example, by forming the negative electrode active material composition comprising the negative electrode active material and the composite binder for a battery into a predetermined shape or applying the negative electrode active material composition to a current collector such as copper foil .

구체적으로, 음극활물질, 도전재, 상기 복합바인더 및 용매가 혼합된 음극활물질 조성물이 준비된다. 상기 음극활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 코팅되어 음극판이 제조된다. 다르게는, 상기 음극활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 음극판이 제조될 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.Specifically, a negative electrode active material composition in which a negative electrode active material, a conductive material, the composite binder, and a solvent are mixed is prepared. The negative electrode active material composition is directly coated on the metal current collector to produce a negative electrode plate. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled off from the support may be laminated on the metal current collector to produce a negative electrode plate. The negative electrode is not limited to the above-described form, but may be in a form other than the above-described form.

상기 음극활물질은 비탄소계 재료일 수 있다. 예를 들어, 상기 음극활물질은리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속, 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속의 합금 및 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The negative electrode active material may be a non-carbon-based material. For example, the negative electrode active material includes at least one selected from the group consisting of a metal capable of forming an alloy with lithium, an alloy of a metal capable of forming an alloy with lithium, and an oxide of a metal capable of forming an alloy with lithium can do.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the metal that can be alloyed with lithium is at least one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloys (Y is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, (Wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, and not a Sn element) ) And the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof.

예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.

예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like.

구체적으로, 상기 음극활물질은 Si, Sn, Pb, Ge, Al, SiOx(0<x≤2), SnOy(0<y≤2), Li4Ti5O12, TiO2, LiTiO3, Li2Ti3O7로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 비탄소계 음극활물질로서 당해 기술분야에서 사용되는 것이라면 모두 가능하다.The anode active material may include at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Pb, Ge, Al, SiOx (0 <x? 2), SnOy (0 <y? 2), Li 4 Ti 5 O 12 , TiO 2 , LiTiO 3 , Li 2 Ti 3 O 7 , but it is not limited thereto, and any negative electrode active material used in the technical field can be used.

또한, 상기 비탄소계 음극활물질과 탄소계 재료의 복합체도 사용될 수 있으며 상기 비탄소계 재료 외에 탄소계 음극활물질을 추가적으로 포함할 수 있다.Also, a composite of the non-carbon based negative active material and the carbon-based material may be used, and in addition to the non-carbon based material, a carbon-based negative active material may be additionally included.

상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.상기 도전재로는 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유, 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 또한, 상술한 결정성 탄소계 재료가 도전재로 추가될 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in an amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous shape, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon black, carbon black, carbon fiber, copper carbon black, mesophase pitch carbonitride, calcined cokes, etc. The conductive material may include acetylene black, ketjen black, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Metal powders such as nickel, aluminum, and silver, metal fibers, and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used alone or in combination of two or more. However, the present invention is not limited thereto. Anything that can be used as a conductive material in the field can be used. In addition, the above-described crystalline carbon-based material can be added as a conductive material.

상기 복합복합바인더 외에 종래의 일반적인 바인더가 추가적으로 사용될 수있다. 일러한 종래의 바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 결합제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.In addition to the composite composite binder, conventional conventional binders may be further used. Exemplary conventional binders include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene and mixtures thereof, or styrene butadiene Rubber-based polymers, and the like can be used, but not limited thereto, and any of them can be used as long as they can be used as a bonding agent in the technical field.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like may be used, but not limited thereto, and any solvent which can be used in the technical field can be used.

상기, 복합음극활물질, 도전재, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합재 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.
The content of the composite negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive material, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.

또 다른 구현예에 따르는 리튬 전지는 상기의 음극을 채용한다. 상기 리튬 전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.The lithium battery according to another embodiment employs the above-described negative electrode. The lithium battery can be produced by the following method.

먼저, 상기 음극 제조방법에 따라 음극이 준비된다.First, a negative electrode is prepared according to the negative electrode manufacturing method.

다음으로, 양극활물질, 도전재, 결합재 및 용매가 혼합된 양극활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극활물질 조성물이 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다.Next, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive material, a binder, and a solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is directly coated on the metal current collector and dried to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate.

상기 양극활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극활물질이 사용될 수 있다.The positive electrode active material may include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide. However, May be used.

예를 들어, LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:For example, Li a A 1-b B b D 2 , wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5; Li a E 1-b B b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; LiE (in the above formula, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) 2-b B b O 4-c D c; Li a Ni 1 -bc Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2 -? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); In the formula of LiFePO 4 may be used a compound represented by any one:

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method which does not adversely affect the physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

예를 들어, LiNiO2, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1-xMnxO2(0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFeO2, V2O5, TiS, MoS 등이 사용될 수 있다.For example, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiMn x O 2 x (x = 1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2 (0 <x <1), LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 ? 0.5, 0? Y? 0.5), LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS, MoS and the like can be used.

양극활물질 조성물에서 도전재, 결합제 및 용매는 상기 음극활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 한편, 상기 양극활물질 조성물 및/또는 음극활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.As the conductive material, binder and solvent in the positive electrode active material composition, the same materials as those of the negative electrode active material composition may be used. It is also possible to add a plasticizer to the cathode active material composition and / or the anode active material composition to form pores inside the electrode plate.

상기 양극활물질, 도전재, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the cathode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. Depending on the application and configuration of the lithium battery, one or more of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted.

다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다. 상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared. The separator can be used as long as it is commonly used in a lithium battery. A material having low resistance against the ion movement of the electrolyte and excellent in the ability to impregnate the electrolyte may be used. For example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. For example, a rewindable separator such as polyethylene, polypropylene, or the like is used for the lithium ion battery, and a separator having excellent organic electrolyte impregnation capability can be used for the lithium ion polymer battery. For example, the separator may be produced according to the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A polymer resin, a filler and a solvent are mixed to prepare a separator composition. The separator composition may be coated directly on the electrode and dried to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled from the support may be laminated on the electrode to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used in the production of the separator is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate or mixtures thereof may be used.

다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.

예를 들어, 상기 전해질은 유기전해액일 수 있다. 또한, 상기 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 사용가능하다. 상기 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.For example, the electrolyte may be an organic electrolyte. In addition, the electrolyte may be a solid. For example, boron oxide, lithium oxynitride, and the like, but not limited thereto, and any of them can be used as long as they can be used as solid electrolytes in the art. The solid electrolyte may be formed on the cathode by a method such as sputtering.

예를 들어, 유기전해액이 준비될 수 있다. 유기전해액은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.For example, an organic electrolytic solution can be prepared. The organic electrolytic solution can be prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

상기 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The organic solvent may be any organic solvent which can be used in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, tetrahydrofuran, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, gamma -butyrolactone, dioxolane, , Dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether or mixtures thereof.

상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.The lithium salt may also be used as long as it can be used in the art as a lithium salt. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or a mixture thereof.

도 3에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 3, the lithium battery 1 includes an anode 3, a cathode 2, and a separator 4. The anode 3, the cathode 2 and the separator 4 described above are wound or folded and housed in the battery case 5. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 5 and is sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a thin film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

특히, 상기 리튬전지는 고율특성 및 수명특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 적합하다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 적합하다.
Particularly, the lithium battery is suitable for an electric vehicle (EV) because it has a high rate characteristic and a good life characteristic. For example, it is suitable for a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

상기 전지용 복합바인더는 바인더중합체 에멀전, 실란 커플링제 및 무기입자 콜로이드를 혼합하여 제조될 수 있다.The composite binder for a battery may be prepared by mixing a binder polymer emulsion, a silane coupling agent and an inorganic particle colloid.

예를 들어, 바인더중합체 에멀전에 무기입자의 콜로이드가 첨가되고 이어서 실란 커플링제가 첨가됨에 의하여 에멀전에 분산된 상기 바인더중합체 입자 내에 콜로이드 상태의 무기입자가 확산 등에 의하여 침투하고 이어서 상기 실란커플링제가 상기 무기입자 및 바인더중합체와 가수분해반응을 통하여 결합함에 의하여 복합바인더 조성물이 얻어질 수 있다. 상기 조성물에서 용매는 물일 수 있으나 반드시 물로 한정되지 않으며 수소 결합이 가능한 용매라면 모두 가능하다.For example, by adding a colloid of an inorganic particle to a binder polymer emulsion and then adding a silane coupling agent, colloidal inorganic particles penetrate into the binder polymer particles dispersed in the emulsion by diffusion or the like, and then the silane coupling agent The composite binder composition can be obtained by bonding the inorganic particles and the binder polymer through a hydrolysis reaction. The solvent in the composition may be water but is not necessarily limited to water, and any solvent capable of hydrogen bonding is possible.

상기 복합바인더 조성물은 용액 상태로 제조되는 것이 일반적이나 용매가 제거되면 바인더중합체, 유무기 결합제인 실란계 화합물 및 무기입자를 포함하는 형태로 전극 내에 존재할 수 있다.The composite binder composition is generally prepared in a solution state. When the solvent is removed, the composite binder composition may be present in the electrode in the form of a binder polymer, a silane-based compound that is an organic binder, and inorganic particles.

상기 조성물에서 바인더중합체 에멀전, 실란커플링제 및 무기입자 콜로이드의 혼합 비율은 바인더중합체 에멀전 건조분 100 중량부에 대하여 무기입자 콜로이드 건조분 1 내지 30중량부 및 실란 커플링제 0.01 내지 5중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 비율은 바인더중합체 에멀전 건조분 100 중량부에 대하여 무기입자 콜로이드 건조분 3 내지 15중량부 및 실란 커플링제 0.01 내지 5중량부일 수 있다.
The mixing ratio of the binder polymer emulsion, the silane coupling agent and the inorganic particle colloid in the composition may be 1 to 30 parts by weight of the inorganic particle colloidal dry powder and 0.01 to 5 parts by weight of the silane coupling agent based on 100 parts by weight of the binder polymer emulsion dry matter. For example, the mixing ratio may be 3 to 15 parts by weight of an inorganic particle colloidal dry powder and 0.01 to 5 parts by weight of a silane coupling agent based on 100 parts by weight of the dried binder polymer emulsion.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(제 1 고분자 에멀전의 제조)(Preparation of first polymer emulsion)

제조예 1:Preparation Example 1:

콘덴서, 온도계, 단량체 유화액 도입관, 질소가스 도입관 및 교반기를 장착한 플라스크 반응기의 내부에 질소를 치환한 후, 증류수 60중량부 및 도데실벤젠설폰산소듐염 1.5중량부를 첨가해, 80℃로 온도를 상승시켰다. 이어서, 스티렌 2중량부를 반응기에 첨가하고 5분간 교반한 후, 과황산암모늄 5%수용액 10중량부를 반응기에 첨가하여 반응을 개시시켰다. 1시간 후 2-에틸헥실아크릴레이트 30중량부, 스티렌 68중량부, 아크릴산 2중량부, 도데실벤젠술폰산 소듐염 0.5중량부 및 증류수 40중량부로 이루어진 단량체 유화액을 3시간 동안 반응기에 적하하였다. 이와 동시에, 과황산암모늄 5% 수용액 6중량부를 3시간 동안 반응기에 적하하였다. 단량체 유화액의 적하를 종료한 후, 반응을 2시간 동안 추가적으로 수행한 후 20℃로 냉각한 후 감압하여 잔류 단량체를 제거한 후 고분자 에멀전을 수득하였다. 에멀전에 분산된 고분자 입자의 입경은 100~200nm이었다.Nitrogen was substituted in the inside of a flask reactor equipped with a condenser, a thermometer, a monomer emulsion feed pipe, a nitrogen gas feed pipe and a stirrer, 60 parts by weight of distilled water and 1.5 parts by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate were added, The temperature was raised. Subsequently, 2 parts by weight of styrene was added to the reactor and stirred for 5 minutes. Then, 10 parts by weight of a 5% aqueous solution of ammonium persulfate was added to the reactor to initiate the reaction. After 1 hour, a monomer emulsion composed of 30 parts by weight of 2-ethylhexyl acrylate, 68 parts by weight of styrene, 2 parts by weight of acrylic acid, 0.5 part by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate and 40 parts by weight of distilled water was added dropwise to the reactor for 3 hours. At the same time, 6 parts by weight of a 5% ammonium persulfate aqueous solution was added dropwise to the reactor for 3 hours. After completion of the dropwise addition of the monomer emulsion, the reaction was further carried out for 2 hours, followed by cooling to 20 DEG C, followed by decompression to remove the residual monomer to obtain a polymer emulsion. The particle size of the polymer particles dispersed in the emulsion was 100 to 200 nm.

제조예 2:Preparation Example 2:

10L의 오토클레이브(autoclave) 반응기 내부에 질소를 치환한 후, 증류수 60중량부 및 도데실벤젠설폰산 소듐염 1.5중량부를 첨가해, 70℃로 온도를 상승시켰다. 이어서, 스티렌 2중량부를 반응기에 첨가해, 5분간 교반한 후, 과황산칼륨 2%수용액 10중량부를 반응기에 첨가해 반응을 개시시켰다. 1시간 후 부타디엔 40중량부, 스티렌 46중량부, 메틸메타크릴레이트 10중량부, 이타콘산3중량부, 히드록시에틸아크릴레이트 1중량부, 도데실벤젠설폰산 소듐염 0.5중량부, 증류수 40중량부로 이루어진 단량체 유화액을 4시간에 걸쳐 반응기에 적하하였다. 이와 동시에, 과황산칼륨의 2%수용액 10중량부를 3시간 동안 적하시켰다. 단량체 유화액의 적하를 종료한 후, 반응을 3시간 동안 추가적으로 수행한 후, 20℃로 냉각한 후, 감압하여 잔류 단량체를 제거한 후, 고분자 에멀젼을 얻었다.
After replacing nitrogen in a 10 L autoclave reactor, 60 parts by weight of distilled water and 1.5 parts by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate were added and the temperature was raised to 70 占 폚. Subsequently, 2 parts by weight of styrene was added to the reactor, stirred for 5 minutes, and then 10 parts by weight of a 2% aqueous solution of potassium persulfate was added to the reactor to initiate the reaction. After 1 hour, 40 parts by weight of butadiene, 46 parts by weight of styrene, 10 parts by weight of methyl methacrylate, 3 parts by weight of itaconic acid, 1 part by weight of hydroxyethyl acrylate, 0.5 part by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate, Was added dropwise to the reactor over a period of 4 hours. At the same time, 10 parts by weight of a 2% aqueous solution of potassium persulfate was added dropwise over 3 hours. After completion of the dropwise addition of the monomer emulsion, the reaction was further carried out for 3 hours, followed by cooling to 20 DEG C, followed by decompression to remove the residual monomer, and then a polymer emulsion was obtained.

(복합바인더의 제조)(Preparation of composite binder)

실시예 1Example 1

상기 제조예 1에서 제조된 고분자 에멀전(고형분 함량 40중량%)의 건조 중량 기준 100 중량부에 평균입경 50nm의 콜로이달 실리카(고형분 함량 20중량%)의 건조 중량 기준 5중량부를 수산화리튬으로 pH 8로 조정한 후 첨가하고 10 분간 교반한 후, 실란커플링제인 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 0.2중량부를 첨가하고 20분간 교반하여 복합바인더 조성물을 제조하였다.5 parts by weight, based on dry weight of colloidal silica (solid content 20% by weight) having an average particle size of 50 nm, based on the dry weight of the polymer emulsion (solid content 40% by weight) prepared in Preparation Example 1, , And the mixture was stirred for 10 minutes. Then, 0.2 part by weight of? -Glycidoxypropyltrimethoxysilane as a silane coupling agent was added and stirred for 20 minutes to prepare a composite binder composition.

실시예 2Example 2

제조예 2에서 제조된 고분자 에멀전을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합바인더 조성물을 제조하였다.A composite binder composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymer emulsion prepared in Preparation Example 2 was used.

실시예 3Example 3

평균입경 50nm의 콜로이달 실리카(고형분 함량 20중량%) 대신에 평균입경 50nm의 콜로이달 알루미나(고형분 함량 20중량%)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합바인더 조성물을 제조하였다.A composite binder composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that colloidal alumina (solid content 20 wt%) having an average particle diameter of 50 nm was used instead of colloidal silica having an average particle diameter of 50 nm (solid content 20 wt%).

실시예 4Example 4

평균입경 50nm의 콜로이달 실리카(고형분 함량 20중량%) 대신에 평균입경 50nm의 콜로이달 알루미나(고형분 함량 20중량%)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 복합바인더 조성물을 제조하였다.A composite binder composition was prepared in the same manner as in Example 2 except that colloidal alumina (solid content 20% by weight) having an average particle diameter of 50 nm was used instead of colloidal silica having an average particle diameter of 50 nm (solid content 20% by weight).

비교예 1Comparative Example 1

상기 제조예 1에서 제조된 고분자 에멀전을 그대로 바인더로 사용하였다.The polymer emulsion prepared in Preparation Example 1 was used as a binder.

비교예 2Comparative Example 2

상기 제조예 2에서 제조된 고분자 에멀전을 그대로 바인더로 사용하였다.The polymer emulsion prepared in Preparation Example 2 was used as a binder.

비교예 3Comparative Example 3

NMP(N-메틸 피롤리돈)용매에 용해된 폴리이미드(20중량%, 히타치케미칼, HCI 1300)를 그대로 입수하여 바인더로 사용하였다.
Polyimide (20 wt%, Hitachi Chemical, HCI 1300) dissolved in a solvent of NMP (N-methylpyrrolidone) was directly used as a binder.

(음극 및 리튬 전지의 제조)(Preparation of negative electrode and lithium battery)

실시예 5Example 5

평균입경(d50) 3㎛의 Si-Fe 합금 활물질(3M, Minnesota, USA, CV3) 및 인조흑연(히타치화성, Tokyo, Japan, MAG), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 순수에서 혼합하고, 여기에 상기 실시예 1에서 제조된 복합바인더를 첨가하여 Si-Fe 합금:흑연:CMC:복합바인더(고형분)= 20:77:1:2의 중량비가 되도록 활물질 슬러리를 제조하였다.(3M, Minnesota, USA, CV3) and artificial graphite (Hitachi Chemical, Tokyo, Japan, MAG) and carboxymethylcellulose (CMC) having an average particle size (d50) of 3 탆 were mixed in pure water, The composite binder prepared in Example 1 was added to prepare an active material slurry so that the weight ratio of Si-Fe alloy: graphite: CMC: composite binder (solid content) = 20: 77: 1: 2.

10㎛ 두께의 구리 호일 위에 상기 활물질 슬러리를 90㎛ 두께로 코팅한 후 110℃에서 0.5시간 건조시킨 다음 70㎛의 두께로 압연하여 음극 극판을 제조한 후, 지름 32mm의 코인셀(CR2016 type)을 제조하였다.The active material slurry was coated on the copper foil having a thickness of 10 mu m to a thickness of 90 mu m, dried at 110 DEG C for 0.5 hour, rolled to a thickness of 70 mu m to prepare a negative electrode plate, and then a coin cell (CR2016 type) .

셀 제조시 대극(counter electrode)로는 금속 리튬을 사용하였으며, 격리막으로 두께 20㎛ 폴리에틸렌 격리막(separator, Star® 20)을 사용하고, 전해질로는 EC(에틸렌카보네이트):EMC(에틸메틸카보네이트):DEC(디에틸카보네이트)(3:3:4 부피비) 혼합 용매에 1.15M LiPF6이 용해된 것을 사용하였다.In the cell manufacturing process, metal lithium was used as a counter electrode, a polyethylene separator (Star ® 20) with a thickness of 20 μm was used as a separator, and EC (ethylene carbonate): EMC (ethylmethyl carbonate) (Diethyl carbonate) (3: 3: 4 by volume) mixed solvent, 1.15 M LiPF 6 dissolved therein was used.

실시예 6Example 6

실시예 2에서 제조된 복합바인더를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 음극 및 리튬전지를 제조하였다.A negative electrode and a lithium battery were produced in the same manner as in Example 5 except that the composite binder prepared in Example 2 was used.

실시예 7Example 7

실시예 3에서 제조된 복합바인더를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 음극 및 리튬전지를 제조하였다.A negative electrode and a lithium battery were prepared in the same manner as in Example 5 except that the composite binder prepared in Example 3 was used.

실시예 8Example 8

실시예 4에서 제조된 복합바인더를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 음극 및 리튬전지를 제조하였다.A negative electrode and a lithium battery were prepared in the same manner as in Example 5 except that the composite binder prepared in Example 4 was used.

비교예 4-5Comparative Example 4-5

비교예 1-2에서 제조된 바인더를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 음극 및 리튬전지를 각각 제조하였다.A negative electrode and a lithium battery were prepared in the same manner as in Example 5 except that the binder prepared in Comparative Example 1-2 was used.

비교예 6Comparative Example 6

평균입경(d50) 3㎛의 Si-Fe 합금 활물질(3M, Minnesota, USA, CV3) 및 인조흑연(히타치화성, Tokyo, Japan, MAG)를 순수에서 혼합하고, 여기에 상기 비교예 3에서 제조된 바인더를 첨가하여 Si-Fe 합금:흑연:바인더(고형분)= 18.97:73.03:8의 중량비가 되도록 활물질 슬러리를 제조하였다.(3M, Minnesota, USA, CV3) and artificial graphite (Hitachi Chemical, Tokyo, Japan, MAG) having an average particle size (d50) of 3 mu m were mixed in pure water, The binder was added to prepare an active material slurry so that the weight ratio of Si-Fe alloy: graphite: binder (solid content) = 18.97: 73.03: 8.

10㎛ 두께의 구리 호일 위에 상기 활물질 슬러리를 90㎛ 두께로 코팅한 후 110℃에서 0.5시간 건조시킨 다음 70㎛의 두께로 압연하여 음극 극판을 제조한 후, 지름 32mm의 코인셀(CR2016 type)을 제조하였다.The active material slurry was coated on the copper foil having a thickness of 10 mu m to a thickness of 90 mu m, dried at 110 DEG C for 0.5 hour, rolled to a thickness of 70 mu m to prepare a negative electrode plate, and then a coin cell (CR2016 type) .

셀 제조시 대극(counter electrode)로는 금속 리튬을 사용하였으며, 격리막으로 두께 20㎛ 폴리에틸렌 격리막(separator, Star® 20)을 사용하고, 전해질로는 EC(에틸렌카보네이트):EMC(에틸메틸카보네이트):DEC(디에틸카보네이트)(3:3:4 부피비) 혼합 용매에 1.15M LiPF6이 용해된 것을 사용하였다.
In the cell manufacturing process, metal lithium was used as a counter electrode, a polyethylene separator (Star ® 20) with a thickness of 20 μm was used as a separator, and EC (ethylene carbonate): EMC (ethylmethyl carbonate) (Diethyl carbonate) (3: 3: 4 by volume) mixed solvent, 1.15 M LiPF 6 dissolved therein was used.

평가예 1: 인장 시험Evaluation Example 1: Tensile test

실시예 1의 복합바인더 조성물 및 비교예 1의 바인더 조성물을 사용하여 시편을 각각 제조하였다. 상기 바인더 시편을 ASTM 규정에 따라 인스트론사(Instron)에서 제작한 인장시험기를 사용하여 응력에 따른 변형율을 측정하여 도 2의 응력-변형율(stress-strain) 선도를 작성하였다.Specimens were prepared using the composite binder composition of Example 1 and the binder composition of Comparative Example 1, respectively. The stress-strain diagram of FIG. 2 was prepared by measuring the strain according to the stress using a tensile tester manufactured by Instron according to ASTM specification.

도 2에 보여지는 바와 같이 실시예 1의 복합바인더는 비교예 1의 바인더에 비하여 인장강도가 현저히 향상되었다.
As shown in Fig. 2, the composite binder of Example 1 had a significantly improved tensile strength as compared with the binder of Comparative Example 1. Fig.

평가예 2: 충방전 특성 평가Evaluation Example 2: Evaluation of charge / discharge characteristics

상기 실시예 5~8 및 비교예 4~6에서 제조된 상기 코인셀을 25℃에서 0.2C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 0.01V를 유지하면서 전류가 0.01C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 이어서, 방전시에 전압이 1.5V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C의 정전류로 방전하였다.(화성단계)The coin cells prepared in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 to 6 were subjected to constant current charging at a current of 0.2 C rate at 25 DEG C until the voltage reached 0.01 V (vs. Li) And the cells were subjected to constant-voltage charging until the current reached 0.01C. Then, at the time of discharging, the battery was discharged at a constant current of 0.2 C until the voltage reached 1.5 V (vs. Li) (Mars phase)

상기 화성단계를 거친 리튬전지를 25℃에서 0.5C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 0.01V를 유지하면서 전류가 0.01C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 이어서, 방전시에 전압이 1.5V(vs. Li)에 이를 때까지 0.5C의 정전류로 방전하는 사이클을 30회 반복하였다.The lithium battery having undergone the above conversion step was charged with a constant current until the voltage reached 0.01 V (vs. Li) at a current of 0.5 C rate at 25 ° C, and charged at a constant voltage until the current became 0.01 C while maintaining the voltage at 0.01 V . Subsequently, a cycle of discharging at a constant current of 0.5 C was repeated 30 times until the voltage reached 1.5 V (vs. Li) at the discharge time.

상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 1에 나타내었다. 화성단계에서의충방전효율 및 용량유지율은 하기 수학식 1 및 2로 정의된다. 리튬전지의 성능은 정성적으로 상 및 하로 구분하였다.Part of the charge-discharge test results are shown in Table 1 below. The charging / discharging efficiency and the capacity retention rate at the Mars stage are defined by the following equations (1) and (2). The performance of the lithium battery was qualitatively divided into phase and phase.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

화성단계에서의 충방전 효율=[화성단계에서의 방전용량/화성단계에서의 충전용량] ×100Charging / discharging efficiency at the Mars stage = [Discharging capacity at the Mars stage / Charging capacity at the Mars stage] × 100

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

용량 유지율=[30th 사이클에서의 방전용량/1st 사이클에서의 방전용량]×100Capacity retention rate = [Discharge capacity in 30 th cycle / Discharge capacity in 1 st cycle] × 100

화성단계에서
충방전효율
At the Martian stage
Charge / discharge efficiency
30th 사이클에서
용량유지율
At 30 th cycle
Capacity retention rate
실시예 7Example 7 91.391.3 90.190.1 실시예 8Example 8 91.891.8 89.989.9 비교예 4Comparative Example 4 92.592.5 84.784.7 비교예 5Comparative Example 5 92.492.4 84.884.8 비교예 6Comparative Example 6 79.279.2 95.795.7

상기 표 1에서 보여지는 바와 같이 실시예 7~8의 리튬전지는 비교예 4~5의 리튬전지에 비하여 유사한 초기효율 및 향상된 수명특성을 나타내었다. 한편, 비교예 6의 리튬전지는 강도가 높은 폴리이미드 바인더를 사용하여 수명특성이 향상되었으나 이온전도성이 낮아 초기효율이 매우 낮았다.As shown in Table 1, the lithium batteries of Examples 7 to 8 exhibited similar initial efficiency and improved life characteristics as compared with the lithium batteries of Comparative Examples 4 to 5. On the other hand, the lithium battery of Comparative Example 6 improved lifetime characteristics by using a polyimide binder having a high strength, but the ionic conductivity was low and the initial efficiency was very low.

따라서, 본 발명의 복합바인더를 포함하는 리튬전지는 우수한 초기효율과 수명특성을 동시에 제공할 수 있다.Therefore, the lithium battery including the composite binder of the present invention can simultaneously provide excellent initial efficiency and lifetime characteristics.

Claims (20)

무기입자;
바인더중합체; 및
유무기 결합제;를 포함하며,
상기 유무기결합제가 상기 무기입자와 바인더중합체를 결착하며,
상기 무기입자가 실리카, 알루미나, 티타니아, 불화마그네슘 및 지르코니아로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며,
상기 유무기 결합제가 실란커플링제의 가수분해물이며, 상기 실란커플링제가 알콕시기, 할로겐기, 아미노기, 비닐기, 글리시독시기 및 수산기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 바인더중합체가 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로오스 및 디아세틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 바인더중합체에 비하여 인장탄성율(tensile modulus)이 더 큰 전지용 복합바인더.
Inorganic particles;
Binder polymers; And
An organic binder,
Wherein the inorganic binder binds the inorganic particles and the binder polymer,
Wherein the inorganic particles are at least one selected from the group consisting of silica, alumina, titania, magnesium fluoride, and zirconia,
Wherein the organic binder is a hydrolyzate of a silane coupling agent and the silane coupling agent comprises at least one selected from the group consisting of an alkoxy group, a halogen group, an amino group, a vinyl group, a glycidoxy group and a hydroxyl group,
Wherein the binder polymer is selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluorine rubber, polytetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylate, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene propylene diene copolymer, polyvinyl One selected from the group consisting of pyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose and diacetylcellulose &Lt; / RTI &gt;
Wherein a tensile modulus of the binder polymer is larger than that of the binder polymer.
제 1 항에 있어서, 상기 무기입자가 상기 바인더중합체 내에 분산된 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the inorganic particles are dispersed in the binder polymer. 제 1 항에 있어서, 상기 유무기 결합제가 상기 무기입자 상의 적어도 일부에 배치되는 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the inorganic binder is disposed on at least a part of the inorganic particles. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자가 친수성(hydrophilic) 입자인 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the inorganic particles are hydrophilic particles. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자가 비정질상(amorphous phase)인 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the inorganic particles are in an amorphous phase. 제 1 항에 있어서, 상기 무기입자의 평균입경이 1nm 내지 1000nm인 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the inorganic particles have an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 실란커플링제가 비닐알킬알콕시실란, 에폭시알킬알콕시실란, 머캅토알킬알콕시실란, 비닐할로실란 및 알킬아실옥시실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the silane coupling agent is at least one selected from the group consisting of a vinyl alkyl alkoxy silane, an epoxy alkyl alkoxy silane, a mercaptoalkyl alkoxy silane, a vinyl halosilane and an alkyl acyloxy silane. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더중합체의 유리전이 온도가 -50℃ 내지 60℃인 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the binder polymer has a glass transition temperature of -50 캜 to 60 캜. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더중합체가 카르복실기 및 하이드록시기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 작용기를 포함하는 전지용 복합바인더.The composite binder for a battery according to claim 1, wherein the binder polymer comprises at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group and a hydroxy group. 삭제delete 음극활물질; 및
제 1 항 내지 제 6 항 및 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 전지용 복합바인더를 포함하는 음극.
Anode active material; And
An anode comprising the composite binder for a battery according to any one of claims 1 to 6 and 12 to 14.
제 16 항에 있어서, 상기 음극활물질이 비탄소계 재료인 음극.The negative electrode according to claim 16, wherein the negative active material is a non-carbon-based material. 제 16 항에 있어서, 상기 음극활물질이 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속, 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속의 합금 및 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 음극.17. The lithium secondary battery according to claim 16, wherein the negative electrode active material is at least one selected from the group consisting of a metal capable of forming an alloy with lithium, an alloy of a metal capable of forming an alloy with lithium, and an oxide of a metal capable of forming an alloy with lithium / RTI &gt; 제 16 항에 있어서, 상기 음극활물질이 Si, Sn, Pb, Ge, Al, SiOx(0<x≤2), SnOy(0<y≤2), Li4Ti5O12, TiO2, LiTiO3 및 Li2Ti3O7로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 음극.17. The method of claim 16, wherein the negative electrode active material is Si, Sn, Pb, Ge, Al, SiOx (0 <x≤2), SnOy (0 <y≤2), Li 4 Ti 5 O 12, TiO 2, LiTiO 3 And Li 2 Ti 3 O 7 . 제 16 항에 따른 음극을 채용한 리튬전지.A lithium battery employing the negative electrode according to claim 16.
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