KR20170024955A - 경화된 바인더를 포함하는 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

경화된 바인더를 포함하는 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 음극 활물질로 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질과, 바인더로 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하고 있는 음극 합제가, 음극 집전체의 일면 또는 양면에 코팅되어 있고, 상기 바인더는 경화 개시제(initiator)를 포함하고 있으며, 상기 음극의 경도를 높이기 위해 음극 합제는 음극 집전체에 도포된 후 건조 및 경화처리 되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극을 제공한다.

Description

경화된 바인더를 포함하는 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 {Negative Electrode Having Cured Binder for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising the Same}
본 발명은 경화된 바인더를 포함하는 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는, 양극의 리튬 이온이 음극으로 삽입되고 탈리되는 과정을 반복하면서 충전과 방전이 진행된다. 이러한 리튬 이온의 삽입, 탈리가 반복적으로 진행되면서, 전극 활물질 또는 도전재 사이의 결합이 느슨해지고, 입자간 접촉저항이 증가하게 된다. 그 결과 전극의 옴저항이 상승하여 전지 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 바인더는 전극에서의 리튬 이온의 삽입, 탈리에 따른 전극 활물질의 팽창, 수축에 대해 완충작용을 할 수 있어야 하므로, 탄성을 갖는 고분자인 것이 바람직하다.
또한, 바인더는 극판 건조 과정에서 전극 활물질과 집전체 사이의 결착력이 유지될 수 있을 정도의 접착력이 요구된다. 특히, 방전 용량을 높이기 위해, 이론적 방전 용량이 372 mAh/g인 천연 흑연에 방전 용량이 큰 실리콘, 주석, 실리콘-주석 합금 등과 같은 재료를 복합하여 사용하는 경우, 충전 및 방전이 진행됨에 따라 재료의 부피 팽창이 현저히 증가하게 되고, 이로 인해 음극재의 이탈이 발생하여, 결과적으로, 반복적인 사이클이 진행되면서 전지의 용량이 급격히 저하될 수 있다.
또한, 리튬 이온 전지는 전지 내부 전해질 분해 시 발생하는 가스에 의해 부풀어 오르는 현상이 생기게 되는데, 이러한 현상을 전해액 스웰링이라고 한다. 전해질의 분해는 고온에서 촉진되므로, 전지를 고온에서 방치할 경우, 스웰링 현상을 촉진하게 된다. 전지의 온도가 올라가면 전해액이 분해하거나 부반응이 일어나 이산화탄소나 일산화탄소와 같은 가스가 발생하여 전지의 두께가 증가하기 때문이다. 한편, 고온 저장에서의 두께 증가는 소형전지에서 중요하게 고려되는 사항으로서, 소형 기기 사용에 따라 전지의 온도가 급격히 올라가게 되어 고온에서의 두께 및 안정성의 문제가 있다.
따라서, 강한 접착력으로 전극 제조시 전극 활물질 간 또는 전극 활물질과 집전체 사이의 분리를 방지하고, 강한 물성으로 반복되는 충방전 시 발생되는 전극 활물질의 부피 팽창을 제어하여 전극의 구조적 안정성 및 이로 인한 전지의 성능향상을 도모할 수 있는 바인더 및 전극 재료에 대한 개발에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 음극 활물질로 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질과, 바인더로 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하고 있는 음극 합제를 음극 집전체에 도포된 후 건조 및 경화 처리할 경우, 전극의 기계적 강도가 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 안정성 및 내구성이 우수한 이차전지를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 이차전지용 음극은,
음극 활물질로 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질과, 바인더로 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하고 있는 음극 합제가, 음극 집전체의 일면 또는 양면에 코팅되어 있고,
상기 바인더는 경화 개시제(initiator)를 포함하고 있으며,
상기 음극의 경도를 높이기 위해 음극 합제는 음극 집전체에 도포된 후 건조 및 경화처리 되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, '음극 합제를 경화처리 한다'는 것은 음극 합제에 포함되어 있는 바인더의 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 중합하여 중합도를 높이는 공정을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 음극은, 음극 활물질로 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질과, 바인더로 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하고 있는 음극 합제를 음극 집전체에 도포된 후 건조 및 경화처리 함으로써, 전극의 기계적 강도가 향상되고 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 안정성 및 내구성이 우수한 이차전지를 제공할 있는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 탄소계 활물질은 결정질 인조 흑연, 결정질 천연 흑연, 비정질 하드카본, 저결정질 소프트카본, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 수퍼 P, 그래핀(graphene), 및 섬유상 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는, 결정질 천연 흑연일 수 있다.
또한, 상기 규소계 활물질은 산화규소(SiO)일 수 있다.
또한, 상기 음극 집전체는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리일 수 있고, 상세하게는 구리일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 변성 폴리비닐알코올의 일부 단위체들은 하기 화학식 1로 표현되는 구조를 가질 수 있다.
Figure pat00001
(1)
상기 화학식 1에서, n은 1 내지 80의 정수이며, R은 아세토아세틸기, 카르복시산기, 아크릴기 또는 우레탄기이다.
상세하게는, 상기 화학식 1의 R은 아세토아세틸기(acetoacetyl group)일 수 있고, 더욱 상세하게는, 상기 아세토아세틸기의 함량은 변성 이전 상태에서 폴리비닐알코올의 전체 수산기의 양을 기준으로 0.01 몰% 내지 15 몰%일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 경화 개시제는 티탄산염계 커플링제(coupling agent), 알루미늄계 커플링제, 실란계 커플링제, 또는 크롬계 커플링제일 수 있고, 구체적으로, 상기 티탄산염계 커플링제는 에틸 티탄산염(ethyl titanate)일 수 있으나, 반드시 이러한 커플링제들로 한정되는 것은 아니고, 변성 폴리비닐알코올의 경화를 유발시키는 물질이면 적용 가능하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 바인더의 경화는 열 중합 또는 광 중합에 의해 일어날 수 있고, 상세하게는 상기 바인더의 경화는 섭씨 15 도 내지 섭씨 80 도에서 열 중합되어 있을 수 있다.
한편, 일반적으로 폴리비닐알코올는 친수성이 강한 물질로서, 내부에 침투된 수분에 의해 안정성 내지 성능 저하를 일으키는 리튬 이차전지에서는 바인더의 재료로 적절하지 못한 단점이 있었으나, 본 발명의 따른 이차전지용 음극의 바인더는 경화 처리 후 폴리비닐알코올의 수분 흡수를 저지(blocking)하는 특성이 증가될 수 있는 바, 수분 침투를 방지하여 우수한 이차전지용 음극을 제공할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 바인더의 함량은 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있고, 상세하게는, 1.0 중량% 내지 2 중량%일 수 있으며, 이때, 바인더의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우 충방전시 발생하는 부피 변화를 저지할 수 있는 역할을 기대하기 어렵고, 반대로 바인더의 함량이 5 중량%를 초과할 경우 전극의 에너지 밀도가 감소하고, 내부 저항 증가를 유발할 수 있다.
또한, 상기 경화 개시제는 바인더의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 1 중량%로 포함될 수 있으며, 상세하게는, 0.05 중량% 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있고, 이때, 경화 개시제의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우 바인더의 경화가 충분히 일어나기 어려울 수 있고, 반대로 함량이 1 중량%를 초과할 경우, 폴리비닐알코올의 중합도가 과도하게 높아져 음극의 적정 범위의 경도를 갖추기 어려울 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 변성 폴리비닐알코올은 경화 후 3000 이상의 중합도를 가질 수 있다.
본 발명은, 또한 이차전지용 음극을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 이차전지용 음극을 제조하는 방법으로서,
(i) 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질, 변성 폴리비닐알코올(PVA), 분산제, 및 경화 개시제(initiator)를 유기 용매에 투입한 후 혼합하여 음극 합제를 준비하는 과정; 및
(ii) 음극 합제를 음극 집전체에 도포한 후 건조 및 경화 처리하는 과정;
을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더의 경화 처리는 열 중합 또는 광 중합에 의한 것일 수 있고, 상세하게는 상기 바인더의 경화는 섭씨 15 도 내지 섭씨 80 도에서 열 중합될 수 있다.
이때, 상기 경화 처리는 바인더가 3000 이상의 중합도를 가질 때까지 경화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 용매는 메탄올, 디메틸설폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 및 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone; MEK);으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)일 수 있다.
본 발명은, 또한 하나 이상의 이차전지용 음극, 양극, 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막 및 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
이러한 리튬 이차전지는, 예를 들면, 양극, 분리막, 음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있고, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 마이크로미터 내지 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 마이크로미터 내지 300 마이크로미터이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
본 발명은, 또한 리튬 이차전지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은, 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다. 구체적으로, 상기 디바이스는 예를 들어, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 음극은, 음극 활물질로 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질과, 바인더로 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하고 있는 음극 합제를 음극 집전체에 도포된 후 건조 및 경화처리 함으로써, 전극의 기계적 강도 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 안정성 및 내구성이 우수한 이차전지를 제공할 있는 효과를 발휘한다.
이하의 실시예, 비교예 및 실험예에서 본 발명의 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
<1-1 전극의 제조>
음극은 전체 고형분 100 g 중량 기준으로 천연 흑연 97.0 g (MS46, BTR ENERGY MATERIALS CO., LTD.), 바인더로 일부 단위체들이 아세토아세틸기로 치환기를 가진 변성 폴리비닐알코올 (PVA) 1.5 g, 분산제로 카르복시메틸셀룰로오스나트륨 1.5 g (CMC-Na, BG-L01, ㈜지엘켐), 및 경화 개시제로 에틸 티탄산염 0.15 g (KR44, 일본합성화학)을 혼합하고, 전체 고형분 함량이 55 중량%가 되도록 용매로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하여 음극용 슬러리를 제조하고, 준비된 슬러리를 구리 호일에 도포한 후 진공 건조한 후, 섭씨 80도에서 열 중합을 실시하였고, 두께가 149 마이크로미터인 음극을 제조하였다.
양극은, NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)를 분산매로 사용하고, 활물질인 LiCoO2 96 g, 아세틸렌 블랙 2 g 및 PVDF 바인더2 g를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 알루미늄 호일에 100 마이크로미터의 두께로 코팅하여 건조한 후 압착하여 양극을 제조하였다.
<1-2 리튬 이차전지의 제조>
제조된 음극 극판을 표면적 13.33 cm2로 뚫고, 양극 극판은 표면적 12.60 cm2로 뚫어 단일셀(mono-cell)을 제작하였다. 탭을 상기 양극의 상부 및 상기 음극의 상부에 부착하고, 음극과 양극 사이에 폴리올레핀 미세 다공막으로 만들어진 분리막으로 개재시켜 상기 결과물을 알루미늄 파우치에 적재한 후, 전해액 500 mg을 파우치 내부에 주입하였다. 전해액은, EC(Ethyl carbonate): DEC(Diethyl carbonate): EMC(Ethyl-methyl carbonate) = 4:3:3(체적비) 혼합용매를 사용하여 LiPF6 전해질을 1M의 농도로 용해시켜 제조하였다. 이후, 진공포장기를 이용하여 상기 파우치를 밀봉하고 상온에서 12시간 동안 유지시킨 후, 약 0.05도 비율로 정전류 충전하고 전류의 약 1/6이 될 때까지 전압을 유지시켜주는 정전압 충전 과정을 거친다. 이 때, 셀 내부에 가스가 발생하므로, 탈 가스(degassing)와 재실링(resealing)과정을 수행하여 리튬 이차전지를 완성하였다.
<비교예 1>
음극 제조시, 음극합제에 경화 개시제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
<실험예 1> (이차전지의 고온 저장시 두께변화 측정)
우선 제조된 이차전지 실시예 1 및 비교예 1의 각각의 음극 두께를 측정한 후, 실시예 1 및 비교예 1를 섭씨 90도로 설정된 항온 챔버에 48시간 보관 후 두께를 측정하였고, 이러한 두께 변화량을 산정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1
초기
음극의 두께(㎛)		 149 149
고온 저장 후
음극의 두께 (㎛)		 152 156
변화량 (%) + 2.01 + 4.70
상기 표 1의 결과와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 음극을 사용한 실시예 1은, 비교예 1에 비해 두께 변화량이 적은 바, 음극의 기계적 강도가 향상되어 충방전시 음극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있고, 전지의 안정성 및 내구성이 향상될 것을 예상할 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 본 발명에 따른 이차전지용 음극은, 음극 활물질로 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질과, 바인더로 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하고 있는 음극 합제를 음극 집전체에 도포된 후 건조 및 경화처리 함으로써, 전극의 기계적 강도가 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 안정성 및 내구성이 우수한 이차전지를 제공할 있는 효과를 발휘한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 음극 활물질로 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질과, 바인더로 변성 폴리비닐알코올(PVA)을 포함하고 있는 음극 합제가, 음극 집전체의 일면 또는 양면에 코팅되어 있고,
    상기 바인더는 경화 개시제(initiator)를 포함하고 있으며,
    상기 음극의 경도를 높이기 위해 음극 합제는 음극 집전체에 도포된 후 건조 및 경화처리 되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 활물질은 결정질 인조 흑연, 결정질 천연 흑연, 비정질 하드카본, 저결정질 소프트카본, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 수퍼 P, 그래핀(graphene), 및 섬유상 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 집전체는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 변성 폴리비닐알코올의 일부 단위체들은 하기 화학식 1로 표현되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극:
    Figure pat00002
    (1)
    상기 화학식 1에서, n은 1 내지 80의 정수이며, R은 아세토아세틸기, 카르복시산기, 아크릴기 또는 우레탄기이다.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 화학식 1의 R은 아세토아세틸기(acetoacetyl group)인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 아세토아세틸기의 함량은 변성 이전 상태에서 폴리비닐알코올의 전체 수산기의 양을 기준으로 0.01 몰% 내지 15 몰%인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 경화 개시제는 티탄산염계 커플링제(coupling agent), 알루미늄계 커플링제, 실란계 커플링제, 또는 크롬계 커플링제인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 티탄산염계 커플링제는 에틸 티탄산염(ethyl titanate)인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더의 경화는 열 중합 또는 광 중합에 의해 일어나는 것인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 바인더의 경화는 섭씨 15 도 내지 섭씨 80 도에서 열 중합된 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더는 경화 처리 후 폴리비닐알코올의 수분 흡수를 저지(blocking)하는 특성이 증가되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더의 함량은 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 경화 개시제는 바인더의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 1 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 변성 폴리비닐알코올은 경화 후 3000 이상의 중합도를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 이차전지용 음극을 제조하는 방법으로서,
    (i) 탄소계 활물질 또는 규소계 활물질, 변성 폴리비닐알코올(PVA), 분산제, 및 경화 개시제(initiator)를 유기 용매에 투입한 후 혼합하여 음극 합제를 준비하는 과정; 및
    (ii) 음극 합제를 음극 집전체에 도포한 후 건조 및 경화 처리하는 과정;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 바인더의 경화 처리는 열 중합 또는 광 중합에 의한 것을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 바인더의 경화는 섭씨 15 도 내지 섭씨 80 도에서 열 중합된 것을 특징으로 하는 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 바인더를 3000 이상의 중합도를 가질 때까지 경화시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 용매는, 메탄올, 디메틸설폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 및 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone; MEK);으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 합제의 제조방법.
  20. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 이차전지용 음극, 양극, 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막 및 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지.
  21. 제 20 항에 따른 리튬 이차전지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 21 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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