KR102154194B1 - A graft copolymer, a method for producing the same, a binder for a silicon anode including the same, a silicon anode including the binder for the silicon anode, and a lithium ion battery including the silicon anode - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a graft copolymer, a method for preparing the same, a binder for a silicon anode including the same, a silicon anode including the binder for a silicon anode, and a lithium ion battery including the silicon anode. The graft copolymer according to the present invention can be used as a binder for a silicon anode, which reduces a change in volume of a silicon anode through the graft polymerization of chitosan having high mechanical strength with an aniline-based polymer having high electrical conductivity, and provides excellent battery performance. In addition, chitosan can be extracted from crustacean shells, which are waste materials, at low costs. Therefore, the graft copolymer can be obtained by using radical polymerization with high cost-efficiency and high reproducibility through a simple process.

Description

그래프트 공중합체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 실리콘 음극용 바인더, 상기 실리콘 음극용 바인더를 포함하는 실리콘 음극 및 상기 실리콘 음극을 포함하는 리튬이온전지{A graft copolymer, a method for producing the same, a binder for a silicon anode including the same, a silicon anode including the binder for the silicon anode, and a lithium ion battery including the silicon anode}A graft copolymer, a method for producing the same, a binder for a silicon negative electrode including the same, a silicon negative electrode including the binder for the silicon negative electrode, and a lithium ion battery including the silicon negative electrode for a silicon anode including the same, a silicon anode including the binder for the silicon anode, and a lithium ion battery including the silicon anode}

본 발명은 그래프트 공중합체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 실리콘 음극용 바인더, 상기 실리콘 음극용 바인더를 포함하는 실리콘 음극 및 상기 실리콘 음극을 포함하는 리튬이온전지에 관한 것이다.The present invention relates to a graft copolymer, a method for preparing the same, a binder for a silicon negative electrode including the same, a silicon negative electrode including the binder for the silicon negative electrode, and a lithium ion battery including the silicon negative electrode.

리튬 이온 배터리(LIB)는 높은 에너지 밀도, 저렴한 비용, 긴 사이클 수명 및 안전성을 이유로 휴대용 에너지 저장 장치, 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 높은 에너지 밀도와 장시간의 수명을 갖는 리튬 이온 배터리의 개발이 주목받고 있다. 흑연은 가장 일반적으로 사용되는 음극 재료 중 하나임에도 불구하고, 낮은 이론 용량은 리튬 이온 배터리의 성능을 제한하는 요소 중 작용하고 있다. 상대적으로 낮은 리튬 이온 삽입 전위를 갖고, 높은 이론 용량(4200 mAh g-1)을 갖는 실리콘은 차세대 리튬 이온 배터리의 음극으로 여겨지고 있다.Lithium-ion batteries (LIB) are widely used in portable energy storage devices, electric vehicles, and the like because of their high energy density, low cost, long cycle life, and safety. The development of lithium-ion batteries having high energy density and long life is attracting attention. Although graphite is one of the most commonly used negative electrode materials, its low theoretical capacity serves as a limiting factor in the performance of lithium-ion batteries. Silicon, which has a relatively low lithium ion intercalation potential, and a high theoretical capacity (4200 mAh g −1 ), is considered the cathode of the next generation lithium ion battery.

그러나 실리콘 음극은 배터리의 충방전 과정에서 발생하는 막대한 부피 변화에 의해 상용화되지 못하고 있다. 충방전 과정에서 발생하는 부피 변화는 전극 재료의 균열을 생성하고, 궁극적으로 실리콘 입자와 도전성 탄소 및 금속계 집전체간에 형성된 전기 전도성 네트워크의 붕괴에 이르게 된다. 이러한 전극의 열화는 실리콘 입자와 집전체 사이의 전기 접촉을 분리하여 급격한 용량 손실을 초래한다. 실리콘의 부피 변화를 완화시키기 위하여 나노 사이즈의 실리콘, 다공성 실리콘 구체, 박막이나 전도성 고분자와의 융합 등의 연구가 진행되고 있으나, 이러한 방법들은 비용을 상당히 증가시키며, 하부 표면의 팽창 및 부피당 낮은 에너지 밀도에 의해 효율을 감소시키는 문제가 있다.However, the silicon negative electrode has not been commercialized due to the enormous volume change occurring during the charging/discharging process of the battery. The volume change occurring in the charging/discharging process creates cracks in the electrode material, and ultimately leads to collapse of the electrically conductive network formed between the silicon particles and the conductive carbon and metal-based current collectors. This deterioration of the electrode causes a rapid loss of capacity by separating electrical contact between the silicon particles and the current collector. In order to mitigate the volume change of silicon, studies such as nano-sized silicon, porous silicon spheres, thin films, or fusion with conductive polymers are being conducted, but these methods significantly increase the cost, expand the lower surface, and lower energy density per volume. There is a problem of reducing the efficiency by.

또 다른 방법은 높은 기계적 강도를 갖는 고분자 바인더 물질을 사용하는 것이다. 일반적으로 배터리 전극에 사용되는 바인더는 높은 전기화학적 성능을 얻기 위하여 1) 충전/방전 과정에서 과도한 부피 변화를 막기 위해 전체 복합체 구조 사이의 접착력을 유지해아하며, 2) 활성 물질 및 도전재와의 적절한 상호 작용을 제공하여 안정적인 전기 경로를 제공해아하고, 3) 얇고 안정한 SEI 층을 형성해야하며, 4) 전해질에서 적당하게 부풀어 오르는 성질이 요구된다. 전통적으로 사용되는 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF)와 스티렌 부타디엔 고무(SBR)은 실리콘 입자와의 약한 반데르발스 상호 작용을 하므로, 실리콘 입자의 큰 부피 변화를 완화시키는데 효과적이지 못하다. 또한, PVdF를 녹이기 위해서는 독성을 갖고, 고가의 유기용매인 N-메틸 피롤리디논을 사용해야하는 문제가 있다. Another method is to use a polymeric binder material with high mechanical strength. In general, the binder used for the battery electrode must maintain the adhesive strength between the entire composite structure in order to obtain high electrochemical performance 1) to prevent excessive volume change during the charging/discharging process, and 2) suitable for the active material and the conductive material. It is required to provide an interaction to provide a stable electrical path, 3) to form a thin and stable SEI layer, and 4) to properly swell in the electrolyte. Traditionally used polyvinylidene fluoride (PVdF) and styrene butadiene rubber (SBR) have a weak van der Waals interaction with silicon particles, so they are not effective in alleviating large volume changes of silicon particles. In addition, in order to dissolve PVdF, there is a problem in that it is toxic and requires the use of N-methylpyrrolidinone, an expensive organic solvent.

한국공개특허 제2016-0036988호Korean Patent Publication No. 2016-0036988

따라서 본 발명은 실리콘 음극과 강하게 결합하고 우수한 기계적 강도 및 전기전도도를 갖는 그래프트 공중합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a graft copolymer that is strongly bonded to a silicon negative electrode and has excellent mechanical strength and electrical conductivity, and a method for producing the same.

또한, 상기 그래프트 공중합체를 포함하는 실리콘 음극용 바인더, 상기 실리콘 음극용 바인더를 포함하는 실리콘 음극 및 상기 실리콘 음극을 포함하는 리튬이온전지를 제공하는 것이다.In addition, to provide a binder for a silicon negative electrode including the graft copolymer, a silicon negative electrode including the binder for the silicon negative electrode, and a lithium ion battery including the silicon negative electrode.

본 발명의 일 측면은 키토산(chitosan)을 포함하는 주쇄 및 상기 주쇄에 결합된 아닐린계 고분자를 포함하는 측쇄를 포함하는 그래프트 공중합체에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a graft copolymer comprising a main chain containing chitosan and a side chain containing an aniline-based polymer bonded to the main chain.

본 발명의 다른 측면은 상기 그래프트 공중합체를 포함하는 실리콘 음극용 바인더에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a binder for a silicon negative electrode comprising the graft copolymer.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 실리콘 음극용 바인더를 포함하는 실리콘 음극에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a silicon negative electrode comprising the binder for the silicon negative electrode.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 실리콘 음극을 포함하는 리튬이온전지에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a lithium ion battery including the silicon negative electrode.

본 발명의 또 다른 측면은 키토산을 산성 용액에 용해시켜 키토산 용액을 제조하는 단계; 및 상기 키토산 용액에 아닐린 단량체를 투입하고 개시제의 존재 하에 중합하여 그래프트 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 그래프트 공중합체의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is to prepare a chitosan solution by dissolving chitosan in an acidic solution; And adding an aniline monomer to the chitosan solution and polymerizing in the presence of an initiator to prepare a graft copolymer.

본 발명의 그래프트 공중합체는 강력한 기계적 강도를 갖는 키토산과 우수한 전기전도도를 갖는 아닐린계 고분자를 그래프트 중합하여 실리콘 음극의 부피 변화를 완화시킴과 동시에 우수한 전지성능을 갖도록 하는 실리콘 음극용 바인더로 사용될 수 있다. 또한 상기 키토산은 폐기물인 갑각류의 껍질로부터 저렴하게 추출할 수 있어서 경제적이며, 재현성이 높고 생산 공정이 간단한 라디칼 중합을 통해 그래프트 공중합체를 제조할 수 있다는 장점을 가진다.The graft copolymer of the present invention can be used as a binder for a silicon negative electrode to have excellent battery performance while reducing the volume change of the silicon negative electrode by graft polymerization of chitosan having strong mechanical strength and an aniline-based polymer having excellent electrical conductivity. . In addition, the chitosan has the advantage of being economical because it can be extracted from the shells of crustaceans, which are wastes, inexpensively, and has the advantage of producing a graft copolymer through radical polymerization, which has high reproducibility and a simple production process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래프트 공중합체의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더의 1H NMR 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더의 FT-IR 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더의 TGA 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더의 Peel-off 시험 결과이다.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 전극을 포함하는 리튬이온전지의 전기화학적 특성을 측정한 결과이다. 도 6a은 first galvanostatic 충-방전 곡선, 도 6b는 수명 특성, 도 6c는 율속특성을 측정한 결과이다.
도 7a 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 전극을 포함하는 리튬이온전지의 EIS 측정 결과이다.
도 8a 내지 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 전극을 포함하는 리튬이온전지의 CV 측정 결과이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예예 따른 실리콘 적극의 SEM-EDS 매핑 분석 이미지이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 전극의 SEM 분석 이미지이다.
1 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a graft copolymer according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of 1 H NMR analysis of a binder according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are graphs showing FT-IR analysis results of a binder according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a result of TGA analysis of a binder according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are results of a Peel-off test of a binder according to an embodiment of the present invention.
6A to 6C are results of measuring electrochemical properties of a lithium ion battery including a silicon electrode according to an exemplary embodiment of the present invention. Figure 6a is a first galvanostatic charge-discharge curve, Figure 6b is a life characteristic, Figure 6c is a result of measuring the rate control characteristics.
7A to 7E are EIS measurement results of a lithium ion battery including a silicon electrode according to an embodiment of the present invention.
8A to 8E are CV measurement results of a lithium ion battery including a silicon electrode according to an embodiment of the present invention.
9A is an SEM-EDS mapping analysis image of silicon actives according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is an SEM analysis image of a silicon electrode according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면은 키토산(chitosan)을 포함하는 주쇄 및 상기 주쇄에 결합된 아닐린계 고분자를 포함하는 측쇄를 포함하는 그래프트 공중합체를 제공한다. 상기 키토산은 해양 자원에 가장 풍부하게 존재하는 유기화합물 중에 하나이다. 키토산은 생분해성 천연 화합물으로 우수한 기계적 강도와 접착력을 갖는다. 본 발명의 그래프트 공중합체는 키토산 주쇄와 키토산 주쇄에 결합된 아닐린계 고분자를 포함하는 측쇄를 포함하여, 키토산 주쇄에 의해 우수한 기계적 강도와 접착성을 가짐과 동시에 아닐린계 고분자 측쇄에서 기인하는 우수한 전기전도성을 특징으로 한다. 상기 그래프트 공중합체는 이러한 성질을 이용하여 리튬이온의 삽입/탈리 과정에서 극심한 부피 변화를 겪는 리튬이온전지의 실리콘 음극용 바인더로 사용되어 실리콘 음극의 부피 변화를 완화시킬 뿐만 아니라 우수한 전기화학적 성능을 발휘할 수 있다.One aspect of the present invention provides a graft copolymer comprising a main chain including chitosan and a side chain including an aniline-based polymer bonded to the main chain. Chitosan is one of the most abundant organic compounds in marine resources. Chitosan is a biodegradable natural compound and has excellent mechanical strength and adhesion. The graft copolymer of the present invention includes a chitosan main chain and a side chain containing an aniline polymer bonded to the chitosan main chain, and has excellent mechanical strength and adhesion by the chitosan main chain, and at the same time, excellent electrical conductivity resulting from the aniline polymer side chain. It features. The graft copolymer is used as a binder for a silicon negative electrode of a lithium-ion battery that undergoes extreme volume changes during the insertion/desorption process of lithium ions using this property, and not only mitigates the volume change of the silicon negative electrode, but also exhibits excellent electrochemical performance. I can.

상기 아닐린계 고분자는 폴리아닐린일 수 있으며, 상기 키토산과 아닐린계 고분자는 상기 그래프트 공중합체 내에 1 : 0.3 내지 0.9의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 폴리아닐린은 우수한 전기전도성을 갖는 고분자이나, 부족한 기계적 성능으로 단독으로 실리콘 음극의 바인더로 사용되는데 무리가 있었다. 폴리아닐린을 키토산에 그래프트 중합하여 사용될 경우 부족한 기계적 성능이 크게 향상되고 바인더로써 갖추어야할 전기전도성을 충족할 수 있다. 상기 키토산과 아닐린계 고분자는 상기 그래프트 공중합체 내에 1 : 0.3 내지 0.9의 중량비로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1 : 0.4 내지 0.6의 중량비, 더욱 바람직하게는 1 : 0.45 내지 0.55의 중량비로 포함될 수 있다. 후술하는 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 키토산과 폴리아닐린이 1 : 0.45 내지 0.55의 중량비로 포함된 그래프트 공중합체를 바인더로 사용한 실리콘 음극의 가장 우수한 전지 성능(비용량, 사이클 성능, 율속 특성)을 보였다는 점에서 바람직하다.The aniline-based polymer may be polyaniline, and the chitosan and the aniline-based polymer may be included in the graft copolymer in a weight ratio of 1:0.3 to 0.9. The polyaniline is a polymer having excellent electrical conductivity, but it is unreasonable to be used alone as a binder for a silicon negative electrode due to insufficient mechanical performance. When polyaniline is graft-polymerized on chitosan, insufficient mechanical performance can be greatly improved, and electrical conductivity required as a binder can be satisfied. The chitosan and the aniline polymer may be included in the graft copolymer in a weight ratio of 1: 0.3 to 0.9, preferably 1: 0.4 to 0.6, more preferably 1: 0.45 to 0.55. . As can be seen in the examples to be described later, the best battery performance (specific capacity, cycle performance, rate-limiting characteristics) of a silicon negative electrode using a graft copolymer containing chitosan and polyaniline in a weight ratio of 1:0.45 to 0.55 as a binder It is preferable in that it was seen.

상기 아닐린계 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.The aniline-based polymer may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019043885765-pat00001
Figure 112019043885765-pat00001

상기 화학식 1에서, 상기 R1, R2, R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 H 또는 COOH이고, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 COOH이며, 상기 n, m은 각각 반복단위 내 몰분율로서 0.1≤n≤0.9, 0.1≤m≤0.9, n+m=1이다.In Formula 1, the R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same as or different from each other, and each independently H or COOH, and at least one of the R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is COOH. , Wherein n and m are the mole fractions in the repeating unit, respectively, and are 0.1≦n≦0.9, 0.1≦m≦0.9, and n+m=1.

상기 화학식 1의 고분자는 전기 전도성을 지니는 특성과 분자 내에 극성 작용기인 -COOH를 통해 실리콘과의 상호작용을 통해 실리콘 음극의 부피 변화를 현저하게 완화시킬 수 있기 때문에, 키토산에 폴리아닐린이 그래프트 공중합된 경우에 비하여 더욱 우수한 실리콘 음극용 바인더로 사용될 수 있다. Since the polymer of Formula 1 can significantly mitigate the volume change of the silicon negative electrode through the characteristic of having electrical conductivity and the interaction with silicon through -COOH, which is a polar functional group in the molecule, when polyaniline is graft-copolymerized with chitosan Compared to that, it can be used as a more excellent silicon negative electrode binder.

더욱 바람직하게는 상기 화학식 1에서, 상기 n 및 m은 0.45<n<0.55 및 0.45<m<0.55일 수 있는데, 상기 범위에서 전기전도도와 기계적 특성이 균형을 이루어 가장 향상된 성능을 나타내었기 때문이다.More preferably, in Formula 1, n and m may be 0.45<n<0.55 and 0.45<m<0.55, because electrical conductivity and mechanical properties are balanced in the above range to show the most improved performance.

상기 키토산과 상기 화학식 1로 표시되는 아닐린계 고분자는 상기 그래프트 공중합체 내에 1:0.05 내지 1:10 의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 1:0.05 내지 1:10의 비로 합성이 가능하며 특히 1:0.1 내지 1:1 의 비로 비의 범위로 포함될 경우, 전도성과 접착성의 특성이 실리콘 음극 바인더에서 특별히 우수하다는 점에서 바람직하다. The chitosan and the aniline polymer represented by Chemical Formula 1 may be included in the graft copolymer in a weight ratio of 1:0.05 to 1:10. Synthesis is possible in the ratio of 1:0.05 to 1:10, and particularly, when included in the range of the ratio of 1:0.1 to 1:1, it is preferable in that the conductivity and adhesive properties are particularly excellent in the silicon negative electrode binder.

상기 키토산은 갑각류의 껍질에서 추출한 것일 수 있다. 키토산은 갑각류의 껍질에 풍부하게 존재하지만, 갑각류의 껍질은 별다른 용도 없이 폐기되는 것이 일반적이다. 폐기되는 갑각류의 껍질은 저렴한 가격에 구입할 수 있기 때문에, 갑각류의 껍질을 사용하여 경제적으로 그래프트 공중합체를 제조할 수 있다는 장점이 있으며 친환경적이다. 또한 후술하는 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 갑각류인 게의 껍질을 이용하여 제조한 그래프트 공중합체는 실리콘 음극의 바인더로 사용되어 가장 우수한 성능을 발휘하는 전지를 제조하였다는 점에서 바람직하다.The chitosan may be extracted from the shell of crustaceans. Chitosan is abundantly present in the shells of crustaceans, but the shells of crustaceans are generally discarded without any special use. Since discarded shells of crustaceans can be purchased at low prices, there is an advantage in that a graft copolymer can be economically manufactured using shells of crustaceans and is eco-friendly. In addition, as can be seen in the examples to be described later, the graft copolymer prepared using the shell of a crustacean crab is preferable in that it is used as a binder for a silicon negative electrode to produce a battery that exhibits the best performance.

본 발명의 다른 측면은 상기 그래프트 공중합체를 포함하는 실리콘 음극용 바인더를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a binder for a silicon negative electrode comprising the graft copolymer.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 실리콘 음극용 바인더를 포함하는 리튬이온 전지를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a lithium ion battery including the silicon negative electrode binder.

본 발명이 또 다른 측면은 키토산을 산성 용액에 용해시켜 키토산 용액을 제조하는 단계; 및 상기 키토산 용액에 아닐린 단량체를 투입하고 개시제의 존재 하에 중합하여 그래프트 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 그래프트 공중합체의 제조방법을 제공한다. 상기 그래프트 공중합체의 제조방법은 라디칼 중합에 의해 이루어지기 때문에, 제조 공정이 매우 단순하며, 재현성이 높다는 장점이 있다.Another aspect of the present invention is to prepare a chitosan solution by dissolving chitosan in an acidic solution; And adding an aniline monomer to the chitosan solution and polymerizing in the presence of an initiator to prepare a graft copolymer. Since the method for preparing the graft copolymer is performed by radical polymerization, the manufacturing process is very simple and has the advantage of high reproducibility.

상기 키토산 용액의 용매는 산성 용액인 것이 바람직하며, 산성 용액은 HCl, 술폰산(sulfonic acid), 캄포술폰산(camphorsulfonic acid) 및 톨루엔설폰산(toluensulfonic acid) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직하게 산성 용액은 70 내지 200 ℃의 0.1 내지 5 M HCl일 수 있다.The solvent of the chitosan solution is preferably an acidic solution, and the acidic solution may be any one or a mixture of two or more selected from HCl, sulfonic acid, camposulfonic acid, and toluensulfonic acid. . Most preferably, the acidic solution may be 0.1 to 5 M HCl at 70 to 200°C.

상기 키토산 용액에서 키토산과 아닐린 단량체는 1 : 0.3 내지 0.9의 중량비로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1 : 0.4 내지 0.6의 중량비, 더욱 바람직하게는 1 : 0.45 내지 0.55의 중량비로 포함될 수 있다. 후술하는 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 키토산과 폴리아닐린이 1 : 0.45 내지 0.55의 중량비로 포함된 그래프트 공중합체를 바인더로 사용한 실리콘 음극의 가장 우수한 전지 성능(비용량, 사이클 성능)을 보였다는 점에서 바람직하다.In the chitosan solution, chitosan and aniline monomers may be included in a weight ratio of 1: 0.3 to 0.9, preferably 1: 0.4 to 0.6, more preferably 1: 0.45 to 0.55. As can be seen in the examples described below, the best battery performance (specific capacity, cycle performance) of a silicon negative electrode using a graft copolymer containing chitosan and polyaniline in a weight ratio of 1: 0.45 to 0.55 as a binder was shown. It is preferable in

상기 개시제는 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate), 하이드로퍼옥사이드(hydroperoxide) 및 염화 구리(Ⅱ) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.The initiator may be any one or a mixture of two or more selected from ammonium persulfate, hydroperoxide, and copper(II) chloride.

상기 키토산은, 갑각류 껍질을 분쇄하고 1 내지 5 M의 NaOH 수용액에 투입하고 100 내지 200 ℃로 가열하여 키틴을 수득하는 단계; 및 상기 키틴을 1 내지 5 M의 NaOH 용액에 투입하고 100 내지 200 ℃로 1 내지 12 시간 동안 가열하여 키토산을 수득하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 수득한 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 갑각류의 껍질로부터 키토산을 추출하여 사용하는 경우, 매우 경제적으로 그래프트 공중합체를 제조할 수 있으며, 친환경적이다. 또한 후술하는 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 방법으로 갑각류 껍질로부터 추출한 키토산을 사용한 경우 가장 우수한 전지 성능을 보였다는 점에서 바람직하다.The chitosan is obtained by pulverizing the shells of crustaceans, adding to 1 to 5 M NaOH aqueous solution, and heating to 100 to 200 °C to obtain chitin; And adding the chitin to a 1 to 5 M NaOH solution and heating at 100 to 200° C. for 1 to 12 hours to obtain chitosan. It may be obtained by a method comprising. As described above, when chitosan is extracted from the shell of crustaceans and used, a graft copolymer can be produced very economically and is environmentally friendly. In addition, as can be seen in Examples to be described later, it is preferable in that it shows the best battery performance when using chitosan extracted from crustacean shells by the above method.

상기 키토산 용액에 아닐린 단량체를 투입하고 개시제의 존재 하에 중합하여 그래프트 공중합체를 제조하는 단계에서, 상기 키토산 용액에 아닐린 단량체와 함께 안트라닐산(anthranilic acid) 단량체를 추가적으로 투입할 수 있다. 안트라닐산 단량체를 추가적으로 사용할 경우, 아닐린과 안트라닐산의 공중합체가 키토산에 그래프트 중합된 공중합체를 제조할 수 있다. 안트라닐산은 -COOH 작용기를 가져 실리콘 나노입자와 상호작용을 하여 더욱 우수한 기계적 성능을 나타내기 때문에, 폴리아닐린이 키토산에 그래프트 중합된 공중합체에 비하여 더욱 우수한 바인더를 제조할 수 있다.In the step of preparing a graft copolymer by adding an aniline monomer to the chitosan solution and polymerizing in the presence of an initiator, an anthranilic acid monomer may be additionally added to the chitosan solution along with the aniline monomer. When an anthranilic acid monomer is additionally used, a copolymer in which a copolymer of aniline and anthranilic acid is grafted to chitosan can be prepared. Since anthranilic acid exhibits more excellent mechanical performance by interacting with silicone nanoparticles having a -COOH functional group, a more excellent binder can be prepared than a copolymer in which polyaniline is graft-polymerized on chitosan.

상기 아닐린 단량체 및 안트라닐산 단량체는 0.45 : 0.55 내지 0.55 : 0.45의 몰비로 투입되는 것이 바람직하다.The aniline monomer and the anthranilic acid monomer are preferably added in a molar ratio of 0.45:0.55 to 0.55:0.45.

상기 키토산 용액에 아닐린 단량체와 함께 안트라닐산 단량체를 추가적으로 투입한 혼합 용액을 1 내지 10 ℃로 냉각한 후 개시제를 투입할 수 있다. 상기 혼합 용액을 1 내지 10 ℃로 냉각한 후 개시제를 투입할 경우 중합의 위치 선택이 가능 한 장점이 있다는 점에서 바람직하다. 고온에서 중합이 일어 날 경우에는 ortho 형태와 para형태의 aniline 중합의 가능성이 있으나 온도를 낮춤으로 이러한 변수를 제거 할 수 있다. A mixed solution in which an anthranilic acid monomer is additionally added together with an aniline monomer to the chitosan solution is cooled to 1 to 10°C, and then an initiator may be added. When the mixed solution is cooled to 1 to 10° C. and then an initiator is added, it is preferable in that there is an advantage that the position of polymerization can be selected. If polymerization occurs at high temperature, there is a possibility of ortho and para aniline polymerization, but these variables can be eliminated by lowering the temperature.

하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 그래프트 공중합체의 제조방법에 있어서, 제조방법의 여러 조건을 달리하여 그래프트 공중합체를 제조하였고, 각각의 그래프트 공중합체를 바인더로 사용하여 실리콘 음극을 제조하였다. 상기 제조한 그래프트 공중합체의 실리콘 음극에 대한 peel-off 테스트를 진행하였으며, 상기 제조한 실리콘 음극과 리튬 금속을 상대전극으로 하는 2032 코인셀을 제조하였으며 이를 통하여 전기화학적 성능을 측정하였다. Although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, etc., in the method for producing a graft copolymer according to the present invention, a graft copolymer was prepared by varying various conditions of the manufacturing method, and each graft copolymer was used as a binder. Was used to prepare a silicon negative electrode. A peel-off test was performed on the silicon negative electrode of the prepared graft copolymer, and a 2032 coin cell using the prepared silicon negative electrode and lithium metal as a counter electrode was manufactured, through which electrochemical performance was measured.

그 결과, 다른 조건 및 수치 범위에서와는 달리, 하기의 조건을 모두 만족할 경우 아닐린계 고분자를 포함하였음에도 불구하고 peel-off 테스트에서 0.78 N 이상의 접착력을 가져, 순수한 키토산과 유사하거나 우수하였으며, 코인셀의 전기화학적 성능 측정에서도 가장 우수한 비용량, 수명특성 및 율속특성을 보임을 확인하였다. 게다가, 키토산에 대한 아닐린계 고분자의 그래프트 수율이 다른 조건과는 달리 20% 이상 현저하게 상승함을 확인하였다.As a result, unlike in other conditions and numerical ranges, when all of the following conditions were satisfied, even though the aniline-based polymer was included, it had an adhesive strength of 0.78 N or more in the peel-off test, and was similar or superior to pure chitosan. It was confirmed that the chemical performance measurement also showed the best specific capacity, life characteristics, and rate-limiting characteristics. In addition, it was confirmed that the graft yield of the aniline polymer to chitosan significantly increased by 20% or more, unlike other conditions.

(ⅰ) 상기 산성 용액은 70 내지 110 ℃의 0.5 내지 2 M HCl, (ⅱ) 상기 키토산 용액에서 키토산과 아닐린 단량체는 1 : 0.45 내지 0.55 중량비로 포함, (ⅲ) 상기 개시제는 암모늄 퍼설페이트, (ⅳ) 상기 키토산은, 갑각류 껍질을 분쇄하고 1 내지 3 M의 NaOH 수용액에 투입하고 100 내지 200 ℃로 가열하여 키틴을 수득하는 단계; 및 상기 키틴을 1 내지 3 M의 NaOH 용액에 투입하고 100 내지 200 ℃로 2 내지 6 시간 동안 가열하여 키토산을 수득하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 수득한 것, (ⅴ) 상기 키토산 용액에 아닐린 단량체와 함께 안트라닐산 단량체를 추가적으로 투입, (ⅵ) 상기 아닐린 단량체 및 안트라닐산 단량체는 0.45 : 0.55 내지 0.55 : 0.45의 몰비로 투입, (ⅶ) 상기 키토산 용액에 아닐린 단량체와 함께 안트라닐산 단량체를 추가적으로 투입한 혼합 용액을 3 내지 7 ℃로 냉각한 후 개시제를 투입.(I) the acidic solution is 0.5 to 2 M HCl at 70 to 110°C, (ii) chitosan and aniline monomers in the chitosan solution are contained in a weight ratio of 1: 0.45 to 0.55, (iii) the initiator is ammonium persulfate, ( Iv) the chitosan is obtained by pulverizing the shells of crustaceans, adding to 1 to 3 M aqueous NaOH solution, and heating to 100 to 200°C to obtain chitin; And adding the chitin to a 1 to 3 M NaOH solution and heating at 100 to 200° C. for 2 to 6 hours to obtain chitosan; obtained by a method comprising, (v) aniline in the chitosan solution An anthranilic acid monomer is additionally added with the monomer, (vi) the aniline monomer and an anthranilic acid monomer are added in a molar ratio of 0.45: 0.55 to 0.55: 0.45, (vii) an anthranilic acid monomer is additionally added to the chitosan solution together with an aniline monomer. After cooling one mixed solution to 3 to 7 °C, an initiator was added.

다만, 상기 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 장기 cycle test에서의 결과가 좋지 않았으며, 초기 용량 효율이 하락하였고, 전기화학적 성능이 하락하였다. 또한 수율이 20% 이상 감소하였고 얻은 물질로부터 전극을 제조 할 수 없는 문제가 있다. However, if any of the above conditions were not satisfied, the results in the long-term cycle test were not good, the initial capacity efficiency decreased, and the electrochemical performance decreased. In addition, there is a problem that the yield is reduced by more than 20% and the electrode cannot be manufactured from the obtained material.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid the understanding of the present invention. However, these examples are for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto, and various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It will be self-evident to those of knowledge

제조예. 게 껍질로부터 키토산 추출Manufacturing example. Chitosan extraction from crab skin

게 껍질로부터 키틴 추출Chitin extraction from crab skin

게 껍질을 증류수로 여러 번 씻어 낸 후 40 ℃ 오븐에서 48 시간동안 건조시켰다. 건조된 게 껍질 2 g을 막자사발을 이용하여 가루로 만들고, 2 M HCl 에서 80 ℃로 24 시간 동안 가열하여 미네랄을 제거하였다. 이후에 2 M의 NaOH 수용액 20 ml에서 110 ℃로 가열하여 단백질을 제거하여 키틴(chitin)을 얻고 아세톤으로 세척하였다. 샘플을 여과하고 증류수로 세척 한 후 40 ℃ 오븐에서 48 시간 건조시켰다.The crab shells were washed several times with distilled water and dried in an oven at 40° C. for 48 hours. 2 g of dried crab skin was powdered using a mortar, and minerals were removed by heating at 80° C. for 24 hours in 2 M HCl. Thereafter, the protein was removed by heating at 110° C. in 20 ml of 2 M NaOH aqueous solution to obtain chitin, and washed with acetone. The sample was filtered, washed with distilled water, and dried in an oven at 40° C. for 48 hours.

게 껍질로부터 추출한 키틴으로부터 키토산의 생산Production of chitosan from chitin extracted from crab skin

상기 추출한 키틴을 20 ml의 2 M NaOH 용액으로 150 ℃로 4 시간 동안 가열하여 탈아세틸화시켰다. 탈아세틸화 후 샘플을 여과하고 pH가 중성이 될 때까지 증류수로 세척하였다. 이후 40 ℃ 오븐에서 48 시간 건조시켜 키토산 얻었다.The extracted chitin was deacetylated by heating at 150° C. for 4 hours with 20 ml of 2 M NaOH solution. After deacetylation, the sample was filtered and washed with distilled water until the pH became neutral. Then, it was dried in an oven at 40° C. for 48 hours to obtain chitosan.

실시예 1. CS-g-PANi 바인더의 제조Example 1. Preparation of CS-g-PANi binder

사용 재료Materials used

상기 제조한 키토산과 별도로 TCI사에서 키토산을 구매하였다. 아닐린(aniline), 안트라닐산(anthranilic acid), 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate, APS)는 Sigma-Aldrich사에서 구매하였다. 염산, N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidon, NMP)는 Daejung chemicals & Metals에서 구매하였으며, 실리콘 나노입자(50 nm)는 Alfa-Aesar에서 구매하였다. 전해질(1 M LiPF6 in ethylene carbonate/ethyl methyl carbonate (EC: EMC=1:2 v/v)) with 10 wt.% fluoroethylene carbonate (FEC))은 Panax Etec에서 구매하였다.Apart from the prepared chitosan, chitosan was purchased from TCI. Aniline, anthranilic acid, and ammonium persulfate (APS) were purchased from Sigma-Aldrich. Hydrochloric acid and N-methylpyrrolidon (NMP) were purchased from Daejung Chemicals & Metals, and silicon nanoparticles (50 nm) were purchased from Alfa-Aesar. Electrolyte (1 M LiPF 6 in ethylene carbonate/ethyl methyl carbonate (EC: EMC=1:2 v/v)) with 10 wt.% fluoroethylene carbonate (FEC)) was purchased from Panax Etec.

폴리아닐린이 그래프트 중합된 키토산(CS-g-PANi)의 제조Preparation of polyaniline graft-polymerized chitosan (CS-g-PANi)

폴리아닐린이 그래프트 중합된 키토산(CS-g-PANi)을 제조하기 위하여 키토산과 아닐린의 중량비를 1 : 0.3으로 조절하여 사용하였다.To prepare chitosan (CS-g-PANi) in which polyaniline was graft-polymerized, the weight ratio of chitosan and aniline was adjusted to 1:0.3.

생분해성 및 전도성을 갖는 키토산-g-폴리아닐린 공중합체는 라디칼 중합에 의해 합성되었으며, 합성 절차는 하기 그림 1에 개략적으로 나타내었다.The biodegradable and conductive chitosan-g-polyaniline copolymer was synthesized by radical polymerization, and the synthesis procedure is schematically shown in Figure 1 below.

[그림 1] 키토산-g-폴리아닐린의 합성 절차[Figure 1] Synthesis procedure of chitosan-g-polyaniline

Figure 112019043885765-pat00002
Figure 112019043885765-pat00002

2.0 g의 키토산을 1 M의 HCl 용액 200 mL에 용해시켜 키토산 용액을 제조하였다. 상온에서 0.98 mL의 아닐린 단량체를 상기 키토산 용액에 한방울씩 첨가하여 키토산-폴리아닐린 용액을 제조하였다. 아닐린을 완전히 용해시킨 후, 1 M HCl 용액을 상기 키토산-폴리아닐린 용액에 아닐린 단량체와 1 : 1의 몰비가 되도록 한방울씩 첨가하였다. 그래프트 중합을 위해 APS가 개시제로 사용되었다. 혼합물은 질소 분위기에서 24 시간동안 교반하였다. 반응이 끝난 혼합물은 5 M의 NaOH 용액으로 중화시키고, 그래프트 중합된 고분자를 과량의 에탄올로 침전시켰다. 생성된 침전물은 N-메틸 피롤리디논으로 세척하여 공중합체로부터 단독 중합체인 PANi를 제거한 뒤, 아세톤으로 세척하고, 40 ℃ 진공에서 건조하였다. 폴리아닐린의 키토산에 대한 그래프트 수율과 백분율(grafting percentage)은 하기 계산식 1으로 계산되었다.A chitosan solution was prepared by dissolving 2.0 g of chitosan in 200 mL of 1 M HCl solution. At room temperature, 0.98 mL of aniline monomer was added dropwise to the chitosan solution to prepare a chitosan-polyaniline solution. After completely dissolving the aniline, a 1 M HCl solution was added dropwise to the chitosan-polyaniline solution so as to have a molar ratio of 1:1 with an aniline monomer. APS was used as an initiator for the graft polymerization. The mixture was stirred for 24 hours in a nitrogen atmosphere. The reaction mixture was neutralized with 5 M NaOH solution, and the graft polymerized polymer was precipitated with an excess of ethanol. The resulting precipitate was washed with N-methylpyrrolidinone to remove the homopolymer PANi from the copolymer, washed with acetone, and dried at 40°C in vacuum. The graft yield and percentage (grafting percentage) of polyaniline for chitosan were calculated by the following calculation formula 1.

[계산식 1][Calculation 1]

Grafting percentage =

Figure 112019043885765-pat00003
Grafting percentage =
Figure 112019043885765-pat00003

바인더의 명명Name of the binder

상기 실시예와 동일하게 실시하되, 키토산과 아닐린의 중량비를 조절하여 바인더를 제조하였다. 키토산과 아닐린이 1 : 0.3 중량비로 제조된 바인더의 경우 CS-g-PANi-0.3, 1 : 0.5 중량비로 제조된 바인더는 CS-g-PANi-0.5, 1: 0.9의 중량비로 제조된 바인더는 CS-g-PANi-0.9로 각각 명명하였다.In the same manner as in the above example, a binder was prepared by adjusting the weight ratio of chitosan and aniline. In the case of a binder prepared in a 1:0.3 weight ratio of chitosan and aniline, CS-g-PANi-0.3, a binder prepared in a 1:0.5 weight ratio is CS-g-PANi-0.5, and a binder prepared in a weight ratio of 1: 0.9 is CS Named each as -g-PANi-0.9.

실시예 2. CS-g-PAAA 및 EC-g-PAAA 바인더의 제조Example 2. Preparation of CS-g-PAAA and EC-g-PAAA binders

키토산과 폴리(아닐린-g-안트란닐산)의 공중합체(CS-g-PAAA)를 제조하기 위하여 아닐린과 안트라닐산을 1 : 1의 몰비로 조절하였으며, 키토산과 아닐린의 중량비는 1 : 0.125로 조절하였다. 합성 절차는 하기 그림 2에 개략적으로 나타내었다.To prepare a copolymer of chitosan and poly(aniline-g-anthrannylic acid) (CS-g-PAAA), aniline and anthranilic acid were adjusted in a molar ratio of 1:1, and the weight ratio of chitosan and aniline was 1:0.125. Adjusted. The synthesis procedure is schematically shown in Figure 2 below.

[그림 2][Picture 2]

Figure 112019043885765-pat00004
Figure 112019043885765-pat00004

1.0 g의 키토산을 100 ml, 90 ℃, 1 M HCl에 용해하여 키토산 용액을 준비하였다. 0.125 g의 아닐린 단량체와 0.184 g의 안트라닐산 단량체를 상온에서 키토산 용액에 한 방울씩 첨가하였다. 0.5 시간 이후 용액을 5 ℃까지 냉각한 후 0.613 g의 암모늄 퍼설페이트를 10 ml, 1 M HCl 용액에 혼합하여 제조한 개시제 용액을 키토산-아닐린 용액에 아닐린 단량체와 암모늄 퍼설페이트의 몰비가 1 : 1이 되도록 한 방울씩 첨가하였다. 혼합물은 질소 분위기에서 24 시간 동안 교반하였으며, 어두운 초록색의 생성물을 수득하였다. 반응물은 5 M NaOH 용액으로 중화시켰으며, 과량의 에탄올로 공중합체를 침전시켰다. 침전물에 존재하는 중합되지 않은 PANi 호모폴리머를 N-메틸 피롤리돈(NMP)으로 세척하여 제거하였다. 최종적으로 아세톤으로 세척하고 40 ℃ 진공에서 24 시간 동안 건조시켰다. 1.0 g of chitosan was dissolved in 100 ml, 90° C., 1 M HCl to prepare a chitosan solution. 0.125 g of aniline monomer and 0.184 g of anthranilic acid monomer were added dropwise to the chitosan solution at room temperature. After 0.5 hours, the solution was cooled to 5°C, and then 0.613 g of ammonium persulfate was mixed with 10 ml, 1 M HCl solution, and the prepared initiator solution was added to the chitosan-aniline solution in a molar ratio of aniline monomer and ammonium persulfate of 1:1. It was added drop by drop so as to be. The mixture was stirred for 24 hours in a nitrogen atmosphere, and a dark green product was obtained. The reaction was neutralized with a 5 M NaOH solution, and the copolymer was precipitated with an excess of ethanol. The unpolymerized PANi homopolymer present in the precipitate was removed by washing with N-methyl pyrrolidone (NMP). Finally, it was washed with acetone and dried at 40° C. for 24 hours in vacuum.

상기 제조예에 의해 추출한 키토산을 사용하여 제조한 바인더의 경우 EC-g-PAAA-0.125, TCI 사에서 구매한 키토산을 사용하여 제조한 바인더의 경우 CS-g-PAAA-0.125로 각각 명명하였다.In the case of a binder prepared using chitosan extracted by the above preparation example, EC-g-PAAA-0.125, and a binder prepared using chitosan purchased from TCI, were designated as CS-g-PAAA-0.125.

실시예 3. 실리콘 나노입자 전극의 제조Example 3. Preparation of silicon nanoparticle electrode

실리콘 나노입자 전극을 제조하기 위해 상기 실시예 1 및 2로부터 제조한 바인더를 1 M 아세트산 용액에 용해하고 45 분 동안 초음파 처리하여 바인더 용액을 제조하였다. 실리콘 나노입자와 카본 블랙(carbon black)을 함께 분쇄한 다음 상기 바인더 용액을 첨가하여 점도가 조절된 균일한 슬러리를 제조하였다. 실리콘 나노입자, 카본 블랙 및 바인더의 질량비는 60 : 20 : 20이었다. 도전재를 첨가하지 않은 전극의 경우 실리콘 나노입자와 바인더의 질량비는 75 : 25이었다. 작업 전극은 상기 슬러리를 15 mm 두께의 구리 호일에 코팅하고 80 ℃의 진공 오븐에서 30 분 동안 건조하였으며, 120 ℃의 진공에서 3 시간 동안 추가 건조하여 제조하였다. 전체 전극 질량 대비 로딩량은 0.7 내지 0.9 mg cm-1으로 고정하였다.In order to prepare a silicon nanoparticle electrode, the binders prepared in Examples 1 and 2 were dissolved in 1 M acetic acid solution and sonicated for 45 minutes to prepare a binder solution. Silicon nanoparticles and carbon black were pulverized together, and then the binder solution was added to prepare a uniform slurry having a controlled viscosity. The mass ratio of the silicon nanoparticles, the carbon black and the binder was 60:20:20. In the case of the electrode without the conductive material added, the mass ratio of the silicon nanoparticles and the binder was 75:25. The working electrode was prepared by coating the slurry on a 15 mm thick copper foil, drying in a vacuum oven at 80° C. for 30 minutes, and further drying at 120° C. for 3 hours. The loading amount relative to the total electrode mass was fixed at 0.7 to 0.9 mg cm -1 .

편의를 위해 바인더를 달리하여 제조한 각 전극은 상기 실시예 1 및 2에서 명명한 바인더와 동일하게 명명하였다.For convenience, each electrode manufactured with a different binder was named the same as the binders named in Examples 1 and 2.

비교예 1. 키토산(CS)을 바인더로 사용한 실리콘 음극Comparative Example 1. Silicon anode using chitosan (CS) as a binder

상기 실시예 3의 실리콘 나노입자 전극의 제조 부분과 동일하게 실시하되, 키토산을 바인더로 사용하였다.It was carried out in the same manner as in the manufacturing part of the silicon nanoparticle electrode of Example 3, but chitosan was used as a binder.

비교예 2. 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)을 바인더로 사용한 실리콘 음극Comparative Example 2. Silicon anode using polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder

상기 실시예 3의 실리콘 나노입자 전극의 제조 부분과 동일하게 실시하되, PVDF를 바인더로 사용하였다.It was carried out in the same manner as in the manufacturing part of the silicon nanoparticle electrode of Example 3, but PVDF was used as a binder.

시험예 1. Test Example 1. 1One H NMR 분석H NMR analysis

상기 실시예 1, 키토산 및 폴리아닐린의 1H NMR 분석을 실시하였다. 1H NMR 스펙트럼은 Agilent-D2 MHz NMR 장치를 사용하고 DMSO-d6를 기준 물질으로 활용하였다. 도 2는 본 발명의 실시예 1, 키토산 및 폴리아닐린의 1H NMR 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 상기 도 2로부터 실시예 1의 경우, 폴리아닐린이 키토산에 성공적으로 중합됨을 확인할 수 있었다. 1 H NMR analysis of Example 1, chitosan and polyaniline was performed. For 1 H NMR spectrum, an Agilent-D2 MHz NMR device was used and DMSO-d6 was used as a reference material. 2 is a graph showing the results of 1 H NMR analysis of Example 1 of the present invention, chitosan and polyaniline. In the case of Example 1 from FIG. 2, it was confirmed that polyaniline was successfully polymerized in chitosan.

시험예 2. FT-IR 분석Test Example 2. FT-IR analysis

상기 실시예 1, 실시예 2, 키토산 및 폴리아닐린의 FT-IR 분석을 실시하였다. FT-IR 스펙트럼은 4000-400 cm-1 범위에서 Perking Elmer Spectrum Two ATR spectrometer를 이용하여 기록하였다. 도 3a은 본 발명의 실시예 1, 키토산 및 폴리아닐린의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 3a에서 확인할 수 있는 바와 같이, 그래프트 공중합체인 CS-g-PANi가 키토산과 PANi의 특징적인 피크를 나타내는 것이 명백하여, 키토산에 아닐린을 성공적으로 그래프트 중합한 것을 확인할 수 있었다.FT-IR analysis of the above Examples 1 and 2, chitosan and polyaniline was performed. The FT-IR spectrum is in the range of 4000-400 cm -1 Recorded using Perking Elmer Spectrum Two ATR spectrometer. 3A is a graph showing the results of FT-IR analysis of Example 1, chitosan and polyaniline of the present invention. As can be seen in FIG. 3A, it is clear that CS-g-PANi, which is a graft copolymer, exhibits characteristic peaks of chitosan and PANi, and it was confirmed that aniline was successfully graft-polymerized on chitosan.

도 3b는 본 발명의 실시예 2의 FT-IR 측정 결과이다. 상기 도 3b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 2의 CS-g-PAAA가 키토산과 PAAA의 특징적인 피크를 포함하여 키토산에 폴리(아닐린-g-안트라닐산)이 성공적으로 그래프트 중합된 것을 확인할 수 있었다.3B is a result of FT-IR measurement in Example 2 of the present invention. As can be seen in Figure 3b, it can be confirmed that the CS-g-PAAA of Example 2 including the characteristic peaks of chitosan and PAAA, poly(aniline-g-anthranylic acid) was successfully graft-polymerized on chitosan. there was.

시험예 3. TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석Test Example 3. TGA (Thermogravimetric Analysis) analysis

상기 실시예 1, 키토산 및 폴리아닐린의 TGA 분석을 실시하였다. 도 4는 본 발명의 상기 실시예 1, 키토산 및 폴리아닐린의 TGA 분석 곡선을 나타내는 그래프이다. TGA analysis of Example 1, chitosan and polyaniline was performed. 4 is a graph showing the TGA analysis curve of Example 1, chitosan and polyaniline of the present invention.

30-150 ℃에서 무게 감소는 수분의 감소에 의한 것이며, 256-342 ℃에서 나타나는 두 번째 무게 감소는 사슬의 붕괴와 키토산 구조의 에테르 결합의 분해에 의해 나타났다. 600 ℃에서 키토산 잔여물의 양은 31%였다. 168-299 ℃에서 나타난 폴리아닐린의 무게 감소는 도판트 작은 사슬의 올리고머 발생에 의한 것이며, 201-336 ℃에서 나타난 두 번째 무게 감소는 도판트 음이온이 제거되고, CS-g-PANi 사슬의 에테르 결합이 분해되어 발생하였다. CS-g-PANi의 열적 안정성에 기여할 수 있는 600 ℃에서 잔여물은 40%였으며, 이는 키토산의 하이드록시기와 아민기가 공중합체 구조 내에서 형성한 수소결합에 의한 것이다.The weight loss at 30-150 °C was due to the decrease in moisture, and the second weight loss at 256-342 °C was caused by the breakdown of the chain and the decomposition of the ether bond of the chitosan structure. At 600° C., the amount of chitosan residue was 31%. The decrease in weight of polyaniline at 168-299°C is due to the generation of oligomers of small dopant chains, and the second decrease in weight at 201-336°C is the removal of the dopant anion and the ether bond of the CS-g-PANi chain. It was caused by decomposition. The residue was 40% at 600° C., which can contribute to the thermal stability of CS-g-PANi, which is due to hydrogen bonds formed by the hydroxy group and amine group of chitosan in the copolymer structure.

상기 도 4로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 아닐린 단량체의 비율이 증가할수록, 열적 안정성 또한 증가하였다. 이는 키토산 비율의 감소에 따라 접착 특성이 변화한 것을 의미하며, 아닐린의 증가에 따라 전도도 역시 증가한 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIG. 4, as the ratio of the aniline monomer increased, the thermal stability also increased. This means that the adhesion properties changed with the decrease of the chitosan ratio, and it was confirmed that the conductivity also increased with the increase of aniline.

시험예 4. 실리콘 전극에서 바인더 기계적 물성 측정Test Example 4. Measurement of mechanical properties of a binder in a silicon electrode

상기 실시예 3, 비교예 1 및 2의 실리콘 전극에 도포하고 각 전극의 물리적 특성을 분석하였다. 각 바인더의 접착력을 180° 박리 시험을 통해 측정하였다. 180°박리 시험은 Universal Testing Machine(UTM, Shimadzu EZ-L)을 사용하여 측정하였으며, 상기 실시예 3의 전극을 직사각형의 모양으로 자른 후 12 mm 넓이의 3 M 테이프를 붙여 테이프를 30 mm/min의 분리 속도로 잡아당겼다. The silicon electrodes of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 were coated and the physical properties of each electrode were analyzed. The adhesive strength of each binder was measured through a 180° peel test. The 180° peeling test was measured using a Universal Testing Machine (UTM, Shimadzu EZ-L), and after cutting the electrode of Example 3 into a rectangular shape, attaching a 12 mm wide 3M tape to the tape 30 mm/min. Pulled at the separation speed of.

도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예 3, 비교예 1 및 2의 180°박리 시험 결과이다. 상기 도 5a 및 5b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 키토산은 다량의 하이드록시기와 아민기를 갖기 때문에, 비교예 2의 PVDF에 비해 강한 접착력을 가졌다. 비교예 2의 PVDF 전극은 약한 반데르발스 상호작용에 의해 실시예 3의 CS-g-PANi 전극에 비해 약한 접착력을 보였다. 키토산의 접착력은 0.765 N이며, CS-g-PAAA-0.125는 0.719 N으로 CS-g-PANI에 비해서 더욱 높고 키토산에 비교하여도 크게 차이나지 않는 높은 접착력의 결과를 얻을 수 있었다. CS-g-PANi-0.3 은 0.640N, CS-g-PANi-0.5는 0.509N, CS-g-PANi-0.9는 0.399N의 결과를 보였다. 5A and 5B are 180° peeling test results of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention. As can be seen in FIGS. 5A and 5B, since chitosan of Comparative Example 1 has a large amount of hydroxy groups and amine groups, it has stronger adhesion than PVDF of Comparative Example 2. The PVDF electrode of Comparative Example 2 showed weak adhesion compared to the CS-g-PANi electrode of Example 3 due to weak Van der Waals interaction. The adhesion of chitosan was 0.765 N, and CS-g-PAAA-0.125 was 0.719 N, which was higher than that of CS-g-PANI, and the result of high adhesion was not significantly different even compared to chitosan. The results were 0.640N for CS-g-PANi-0.3, 0.509N for CS-g-PANi-0.5, and 0.399N for CS-g-PANi-0.9.

실시예 3에서 키토산의 중합 비율이 증가할수록 접착력이 증가하는 것을 확인하였으며, 실시예 3 모두 비교예 2의 PVDF에 비해서 월등히 강한 접착력을 가짐을 확인하였다.In Example 3, as the polymerization rate of chitosan increased, it was confirmed that the adhesive strength increased, and it was confirmed that all of Example 3 had much stronger adhesion than PVDF of Comparative Example 2.

시험예 5. 전기화학적 성능 측정Test Example 5. Measurement of electrochemical performance

상기 실시예 3, 비교예 1 및 2의 바인더를 포함하는 실리콘 전극과 리튬 금속을 상대전극으로 하는 2032 코인셀을 이용하어 전기화학적 성능을 측정하였다. 도 6은 실시예 3, 비교예 1 및 2의 전기화학적 특성을 측정한 결과이며, 도 6a는 first galvanostatic 충-방전 곡선, 도 6b는 수명 특성, 도 6c는 율속특성을 측정한 결과이다.Electrochemical performance was measured using a silicon electrode containing the binders of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 and a 2032 coin cell using lithium metal as a counter electrode. 6 is a result of measuring the electrochemical properties of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2, FIG. 6A is a first galvanostatic charge-discharge curve, FIG. 6B is a life characteristic, and FIG. 6C is a measurement result of rate-limiting characteristics.

상기 도 6a 내지 6d로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 키토산 및 비교예 2의 PVDF 바인더를 이용한 경우, 매우 낮은 비용량을 나타냈을뿐만 아니라 수 사이클 내에서 붕괴되었다. PVDF의 경우 높은 전기적 및 열적 안정성으로 전극 제조에 널리 사용되는 바인더 재료이지만, 실리콘의 부피 변화를 수용하기에는 부적합함을 확인할 수 있었다.As can be seen from FIGS. 6A to 6D, when the chitosan of Comparative Example 1 and the PVDF binder of Comparative Example 2 were used, not only showed very low specific capacity but also collapsed within several cycles. PVDF is a binder material widely used in electrode manufacturing due to its high electrical and thermal stability, but it was confirmed that it was not suitable to accommodate the volume change of silicon.

반면, 실시예 3의 CS-g-PANi, CS-g-PAAA 및 EC-g-PAAA를 이용하여 제조된 전극은 전도성 아닐린에 의해 PVDF을 사용한 경우에 비해 훨씬 더 큰 비용량을 나타내었으며, -OH, -NH2 작용기에 의해 우수한 기계적 성능을 나타내어 실리콘의 부피 변화를 견뎌 우수한 안정성을 보임을 확인할 수 있었다.On the other hand, the electrode prepared using CS-g-PANi, CS-g-PAAA and EC-g-PAAA of Example 3 exhibited a much higher specific capacity than the case of using PVDF by conductive aniline,- It was confirmed that the OH and -NH 2 functional groups exhibited excellent mechanical performance, thereby withstanding changes in the volume of silicon and exhibiting excellent stability.

실시예 3의 CS-g-PANi-0.90 전극은 아닐린의 함량이 높아 높은 초기 용량을 나타냈으나, 키토산의 함량이 낮아 40 회의 충방전 사이클에서 전극이 급격하게 악화되었다. 비록 초기 용량에 비하여 감소하지만, 키토산에 의해 200 사이클까지 554 mAh g-1을 유지하였다. 이는 종래 PVDF가 10 사이클 이후 급격하게 용량이 감소하는 것에 비하여 현저하게 개선된 성능을 보였다.The CS-g-PANi-0.90 electrode of Example 3 exhibited a high initial capacity due to a high content of aniline, but the content of chitosan was low and the electrode rapidly deteriorated in 40 charge/discharge cycles. Although reduced compared to the initial capacity, 554 mAh g -1 was maintained until 200 cycles by chitosan. This showed remarkably improved performance compared to the conventional PVDF whose capacity was rapidly decreased after 10 cycles.

실시예 3의 CS-g-PANi-0.30 전극은 보다 높은 키토산 함량을 가져, 바인더가 실리콘에 훨씬 강하게 결합한다. 초기 비용량은 전도성 아닐린의 함량이 적어 실시예 3의 CS-g-PANi-0.50 및 CS-g-PANi-0.90에 비해 다소 낮았다. 40 회의 충방전 사이클 이후 비용량이 급격히 감소하였으나, 이후로는 용량을 유지하였다. 200 사이클 이후에도 677 mAh g-1의 용량을 유지하였으며, 이는 비교예 1의 키토산을 바인더를 사용한 경우에 비해 월등한 성능에 해당한다.The CS-g-PANi-0.30 electrode of Example 3 has a higher chitosan content, so that the binder binds to the silicon much more strongly. The initial specific capacity was slightly lower than that of CS-g-PANi-0.50 and CS-g-PANi-0.90 of Example 3 because the content of conductive aniline was small. After 40 charge/discharge cycles, the specific capacity rapidly decreased, but the capacity was maintained thereafter. Even after 200 cycles, the capacity of 677 mAh g -1 was maintained, which corresponds to superior performance compared to the case of using the chitosan of Comparative Example 1 as a binder.

실시예 3의 CS-g-PANi-0.50 전극은 충방전 과정에서 전반적으로 가장 우수한 성능을 보였다. 200 사이클에서 비용량은 초기 비용량의 42.31%에 해당하는 1086 mAh g-1를 가졌고, 쿨롱 효율은 99.52%였다. 이는 초기 비용량에 30% 수준의 비용량 유지를 보였던 실시예 3의 CS-g-PANi-0.30 및 CS-g-PANi-0.90에 비해 개선된 값이었다. The CS-g-PANi-0.50 electrode of Example 3 showed the best overall performance during the charging and discharging process. At 200 cycles, the specific capacity had a 1086 mAh g -1 corresponding to 42.31% of the initial specific capacity, and the Coulomb efficiency was 99.52%. This was an improved value compared to the CS-g-PANi-0.30 and CS-g-PANi-0.90 of Example 3, which showed a 30% level of specific capacity maintenance in the initial specific capacity.

게다가 CS-g-PAAA-0.125의 결과는 200 사이클에서 1643 mAh/g의 용량 유지를 보여주었으며 capacity retention은 54.0%로 매우 높은 것을 확인하였다. 또한EC-g-PAAA-0.125에서 초기효율은 75.3%이었으며, 200 사이클에서 1731 mAh/g, capacity retention은 200 사이클에서 56.9%로 더 향상된 결과를 보여주었다.In addition, the results of CS-g-PAAA-0.125 showed a capacity retention of 1643 mAh/g at 200 cycles, and the capacity retention was very high at 54.0%. In addition, the initial efficiency was 75.3% at EC-g-PAAA-0.125, 1731 mAh/g at 200 cycles and capacity retention at 56.9% at 200 cycles.

즉, 실시예 3에 의해 제조된 전극 중에서 CS-g-PANI-0.50와 CS-g-PAAA에서 특별히 우수한 전기화학적 특성을 보였다.That is, among the electrodes prepared according to Example 3, CS-g-PANI-0.50 and CS-g-PAAA showed particularly excellent electrochemical properties.

시험예 6. EIS(electrochemical Impedance Spectroscopy) 측정Test Example 6. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurement

상기 실시예 3, 비교예 1 및 2의 EIS 측정을 실시하였다. 도 7은 본 발명의 실시예 3, 비교예 1 및 2의 EIS 측정 결과를 나타내는 그래프이며, 도 7a는 실시예 3의 CS-g-PANI-0.50, 도 7b는 실시예 3의 CS-g-PANI-0.30, 도 7c는 실시예 3의 CS-g-PANI-0.90, 도 7d는 비교예 1, 도 7e는 비교예 2의 EIS 측정 결과를 나타낸다.EIS measurements of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 were performed. 7 is a graph showing the EIS measurement results of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, FIG. 7A is CS-g-PANI-0.50 of Example 3, and FIG. 7B is CS-g- of Example 3 PANI-0.30, Figure 7c shows the CS-g-PANI-0.90 of Example 3, Figure 7d is Comparative Example 1, Figure 7e shows the EIS measurement results of Comparative Example 2.

상기 도 7a 내지 7e에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 3과 같이 키토산 주쇄에 폴리아닐린이 존재하는 것이 Li 이온 수송을 개선하고, 실리큰 음극의 전반적인 전하 이동 저항을 효과적으로 감소시켰다. 또한 수차례의 충방전 사이클 후에도 큰 저항 변화가 없음을 확인할 수 있었다.As can be seen in FIGS. 7A to 7E, the presence of polyaniline in the main chain of chitosan, as in Example 3, improved Li ion transport and effectively reduced the overall charge transfer resistance of the silicate negative electrode. In addition, it was confirmed that there was no significant change in resistance even after several charge/discharge cycles.

반면 비교예 1 및 2의 경우 사이클 수가 증가함에 따라 저항이 증가하였으며, 이는 전극의 성능이 사이클링 동안 유지되지 못하고, 전자 전달이 감소되었기 때문이다. On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 and 2, the resistance increased as the number of cycles increased, because the performance of the electrode was not maintained during cycling and electron transfer decreased.

시험예 7. CV(Cyclic Voltammetry) 측정Test Example 7. CV (Cyclic Voltammetry) Measurement

상기 실시예 3, 비교예 1 및 2의 CV 측정을 실시하였다. CV는 0.1 mV/s의 주사속도로 0.01과 2.5 V사이에서 수행되었다. 도 8은 본 발명의 실시예 3, 비교예 1 및 2의 CV 측정 결과를 나타내는 그래프이며, 도 8a는 실시예 3의 CS-g-PANI-0.50, 도 8b는 실시예 3의 CS-g-PANI-0.30, 도 8c는 실시예 3의 CS-g-PANI-0.90, 도 8d는 비교예 1, 도 8e는 비교예 2의 CV 측정 결과를 나타낸다. CV measurements of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 were performed. CV was performed between 0.01 and 2.5 V with a scanning speed of 0.1 mV/s. 8 is a graph showing the CV measurement results of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, and FIG. 8A is CS-g-PANI-0.50 of Example 3, and FIG. 8B is CS-g- of Example 3 PANI-0.30, FIG. 8C shows the CS-g-PANI-0.90 of Example 3, FIG. 8D shows the CV measurement results of Comparative Example 1 and FIG. 8E.

상기 도 8a 내지 8e에서 확인할 수 있는 바와 같이, CV에 사용된 모든 전극에서 첫 번째 사이클에서 0.33 및 0.49 V에서 관찰된 2개의 리튬 탈리 피크가 음극 스캔에서 나타났고, 약 0.21 V에서 리튬 삽입에 해당하는 넓은 양극 피크가 나타났다. PVdF를 제외하고 리튬 탈리/삽입 피크의 강도는 첫 번째 사이클 후에도 유의하게 증가하였으며, CS-g-PANI 및 키토산 전극은 Si 양극에 대해 우수한 안정성과 높은 재현성을 보였다. 1.5 V의 넓은 피크는 첫 번째 양극 스캔에서 나타났고, 전해질 분해로 인한 SEI 형성에 기인하여 다음 사이클에서 사라졌다. 이러한 경향은 사이클이 반복될수록 사라졌으며, Si표면에 새로운 SEI층이 형성되지 않음을 의미한다. 또한, 피크의 강도는 사이클링이 진행됨에 따라 지속적으로 증가하였으며, 점진적인 활성화 과정을 나타내었다. As can be seen in FIGS. 8A to 8E, two lithium desorption peaks observed at 0.33 and 0.49 V in the first cycle in all electrodes used for CV appeared in the cathode scan, corresponding to lithium insertion at about 0.21 V. A broad anodic peak appeared. Except for PVdF, the intensity of the lithium desorption/insertion peaks increased significantly even after the first cycle, and CS-g-PANI and chitosan electrodes showed excellent stability and high reproducibility for Si anodes. A broad peak of 1.5 V appeared on the first anode scan and disappeared in the next cycle due to SEI formation due to electrolyte decomposition. This tendency disappeared as the cycle was repeated, and it means that a new SEI layer was not formed on the Si surface. In addition, the intensity of the peak continuously increased as cycling progressed, indicating a gradual activation process.

반면 PVdF 바인더 전극의 경우 첫 번째 양극 스캔에서 1.13 V와 0.48 V에서 2 개의 넓은 피크가 나타나고 다음 사이클에서 SEI층 형성에 의해 사라졌으며, 다른 피크는 나타나지 않았다. 그러나 2 번째 사이클에서 0.18 V에서 리튬 피크가 관찰되었으며, 6 번째 사이클에서 0.11 V로 바뀌었다. 또한 탈리 피크의 강도는 몇 사이클 후에 현저하게 감소하였다. On the other hand, in the case of the PVdF binder electrode, two broad peaks appeared at 1.13 V and 0.48 V in the first anode scan and disappeared by the SEI layer formation in the next cycle, and no other peaks appeared. However, a lithium peak was observed at 0.18 V in the second cycle, and changed to 0.11 V in the sixth cycle. In addition, the intensity of the desorption peak decreased remarkably after several cycles.

시험예 8. SEM(Scanning Electron Microscopy) 분석Test Example 8. SEM (Scanning Electron Microscopy) analysis

상기 실시예 3의 CS-g-PANI-0.50, 비교예 1 및 2 사이클링 전후의 전극의 형태 및 구조 안정성을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 도 9a는 상기 실시예 3의 CS-g-PANI-0.50의 SEM-EDS 매핑 분석 이미지이고, 도 9b는 실시예 3의 CS-g-PANI-0.50, 비교예 1의 키토산, 비교예 2의 PVdF 전극의 사이클링 전 후의 SEM 분석 이미지이다.CS-g-PANI-0.50 of Example 3, Comparative Examples 1 and 2 The shape and structural stability of the electrodes before and after cycling were observed through FE-SEM. 9A is a SEM-EDS mapping analysis image of CS-g-PANI-0.50 in Example 3, and FIG. 9B is a CS-g-PANI-0.50 in Example 3, chitosan in Comparative Example 1, and PVdF in Comparative Example 2. This is an SEM analysis image before and after cycling the electrode.

상기 도 9a에서 확인할 수 있는 바와 같이, 초기의 Si 전극으로부터, Si 나노입자, 카본 블랙, 바인더가 균일하게 분산되었음을 확인하였다.As can be seen from FIG. 9A, it was confirmed that Si nanoparticles, carbon black, and binder were uniformly dispersed from the initial Si electrode.

또한 상기 도 9b로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 2의 PVDF 전극은 50 사이클 이후 초기의 형태를 유지하지 못하고 집전체에서 분리됨을 확인할 수 있었으며, 육안으로 확인할 수 있을 정도였다.In addition, as can be seen from FIG. 9B, it was confirmed that the PVDF electrode of Comparative Example 2 did not maintain its initial shape after 50 cycles and was separated from the current collector, and was enough to be confirmed with the naked eye.

반면 실시예 3의 CS-g-PANI-0.50 전극은 키토산의 우수한 기계적 특성에 의해 그 표면을 유지함을 확인하였다.On the other hand, it was confirmed that the CS-g-PANI-0.50 electrode of Example 3 maintained its surface due to the excellent mechanical properties of chitosan.

따라서, 본 발명의 그래프트 공중합체는 강력한 기계적 강도를 갖는 키토산과 우수한 전기전도도를 갖는 아닐린계 고분자를 그래프트 중합하여 실리콘 음극의 부피 변화를 완화시킴과 동시에 우수한 전지성능을 갖도록 하는 실리콘 음극용 바인더로 사용될 수 있다. 또한 상기 키토산은 폐기물인 갑각류의 껍질로부터 저렴하게 추출할 수 있어서 경제적이며, 재현성이 높고 생산 공정이 간단한 라디칼 중합을 통해 그래프트 공중합체를 제조할 수 있다는 장점을 가진다.Therefore, the graft copolymer of the present invention can be used as a binder for a silicon negative electrode to have excellent battery performance while mitigating the volume change of the silicon negative electrode by graft polymerization of chitosan having strong mechanical strength and an aniline-based polymer having excellent electrical conductivity. I can. In addition, the chitosan has the advantage of being economical because it can be extracted from the shells of crustaceans, which are wastes, inexpensively, and has the advantage of being able to manufacture a graft copolymer through radical polymerization, which has high reproducibility and a simple production process.

전술한 실시예 및 비교예는 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described Examples and Comparative Examples are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto. Since those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to implement the present invention by various modifications therefrom, the technical protection scope of the present invention should be determined by the appended claims.

Claims (18)

키토산(chitosan)을 포함하는 주쇄 및 상기 주쇄에 결합된 아닐린계 고분자를 포함하는 측쇄를 포함하고,
상기 아닐린계 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 그래프트 공중합체:
[화학식 1]
Figure 112020071217082-pat00028

상기 화학식 1에서,
상기 R1, R2, R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 H 또는 COOH이고,
상기 R1, R2, R3 및 R4 중에서 적어도 하나 이상은 COOH이며,
상기 n, m은 각각 반복단위 내 몰분율로서 0.1≤n≤0.9, 0.1≤m≤0.9, n+m=1이다.
A main chain containing chitosan and a side chain containing an aniline-based polymer bonded to the main chain,
The aniline-based polymer is a graft copolymer represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure 112020071217082-pat00028

In Formula 1,
The R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same as or different from each other, and each independently H or COOH,
At least one of the R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is COOH,
Wherein n and m are the mole fractions in the repeating unit, respectively, 0.1≦n≦0.9, 0.1≦m≦0.9, and n+m=1.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서, 상기 n 및 m은 0.45<n<0.55 및 0.45<m<0.55인 그래프트 공중합체.
The method of claim 1,
In Formula 1, wherein n and m are 0.45<n<0.55 and 0.45<m<0.55.
제1항에 있어서,
상기 키토산과 상기 아닐린계 고분자는 상기 그래프트 공중합체 내에 1:0.05 내지 1:10의 중량비로 포함되는 그래프트 공중합체.
The method of claim 1,
The chitosan and the aniline-based polymer are graft copolymers contained in the graft copolymer in a weight ratio of 1:0.05 to 1:10.
제1항에 있어서,
상기 키토산은 갑각류의 껍질에서 추출한 것인 그래프트 공중합체.
The method of claim 1,
The chitosan is a graft copolymer that is extracted from the shell of crustaceans.
제1항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 그래프트 공중합체를 포함하는 실리콘 음극용 바인더.
A binder for a silicone negative electrode comprising the graft copolymer of any one of claims 1 and 5 to 7.
제8항의 실리콘 음극용 바인더를 포함하는 실리콘 음극.
A silicon negative electrode comprising the binder for a silicon negative electrode of claim 8.
제9항의 실리콘 음극을 포함하는 리튬이온전지.
A lithium ion battery comprising the silicon negative electrode of claim 9.
키토산을 산성 용액에 용해시켜 키토산 용액을 제조하는 단계; 및
상기 키토산 용액에 아닐린 단량체와 함께 안트라닐산(anthranilic acid) 단량체를 투입하고 개시제의 존재 하에 중합하여 그래프트 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 그래프트 공중합체의 제조방법.
Dissolving chitosan in an acidic solution to prepare a chitosan solution; And
A method for producing a graft copolymer comprising: adding an anthranilic acid monomer together with an aniline monomer to the chitosan solution and polymerizing in the presence of an initiator to prepare a graft copolymer.
제11항에 있어서,
상기 산성 용액은 70 내지 200 ℃의 0.1 내지 5 M HCl인 그래프트 공중합체의 제조방법.
The method of claim 11,
The acidic solution is a method of producing a graft copolymer of 0.1 to 5 M HCl at 70 to 200°C.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 개시제는 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate), 하이드로퍼옥사이드(hydroperoxide) 및 염화 구리(Ⅱ) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 그래프트 공중합체의 제조방법.
The method of claim 11,
The initiator is ammonium persulfate (ammonium persulfate), hydroperoxide (hydroperoxide), and any one or a mixture of two or more selected from copper (II) chloride method for producing a graft copolymer.
제11항에 있어서,
상기 키토산은, 갑각류 껍질을 분쇄하고 1 내지 5 M의 NaOH 수용액에 투입하고 100 내지 200 ℃로 가열하여 키틴을 수득하는 단계; 및
상기 키틴을 1 내지 5 M의 NaOH 용액에 투입하고 100 내지 200 ℃로 1 내지 12 시간 동안 가열하여 키토산을 수득하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 수득한 것인 그래프트 공중합체의 제조방법.
The method of claim 11,
The chitosan is obtained by pulverizing the shells of crustaceans, adding to 1 to 5 M NaOH aqueous solution, and heating to 100 to 200 °C to obtain chitin; And
Injecting the chitin into a 1 to 5 M NaOH solution and heating at 100 to 200 °C for 1 to 12 hours to obtain chitosan; a method for producing a graft copolymer obtained by a method comprising.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 아닐린 단량체 및 안트라닐산 단량체는 0.45 : 0.55 내지 0.55 : 0.45의 몰비로 투입되는 그래프트 공중합체의 제조방법.
The method of claim 11,
The aniline monomer and the anthranilic acid monomer are added in a molar ratio of 0.45: 0.55 to 0.55: 0.45.
제11항에 있어서,
상기 키토산 용액에 아닐린 단량체와 함께 안트라닐산 단량체를 추가적으로 투입한 혼합 용액을 1 내지 10 ℃로 냉각한 후 개시제를 투입하는 그래프트 공중합체의 제조방법.
The method of claim 11,
A method for producing a graft copolymer in which an initiator is added after cooling a mixed solution in which an anthranilic acid monomer is additionally added together with an aniline monomer to the chitosan solution to 1 to 10°C.
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