KR20170103053A - 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더 및 이의 제조 방법 - Google Patents

리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20170103053A
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Abstract

본 발명은 화학적, 물리적, 기계적 성능의 동시 최적화가 가능한 다양한 화학적 작용기로 구성된 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid) 및 2-하이드록시에틸메타크릴레이트((hydroxyethyl)methacrylate)를 포함하는 고분자 소재를 이용하여 리튬이온 이차전지의 부피 팽창 및 극판 열화 현상을 개선하기 위한 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더는 술폰산(sulfonic acid) 작용기를 포함하는 제1 바인더 및 제1 바인더에 대하여 10 ~ 50중량%의 하이드록실기(-OH)를 포함하는 제2 바인더를 중합하여 형성한 합성 바인더를 포함한다.

Description

리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더 및 이의 제조 방법{Si based anode materials Binder for LITHIUM-ION BATTERY and method of manufacturing thereof}
본 발명은 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학적, 물리적, 기계적 성능의 동시 최적화가 가능한 다양한 화학적 작용기로 구성된 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산(AMPS : 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid) 및 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(HEMA : ((hydroxyethyl)methacrylate)를 포함하는 고분자 소재를 이용하여 리튬이온 이차전지의 부피 팽창 및 극판 열화 현상을 개선하기 위한 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치의 하나이다.
리튬이온 이차전지는 니켈 카드뮴 전지 등에 비해 높은 에너지 밀도를 가지면서 비메모리(no memory effect) 특성을 갖고, 친환경적이며, 수명 주기가 길고, 높은 전압을 출력할 수 있으며, 무엇보다도 소형화가 가능하기 때문에 최근 휴대폰, 태블릿 PC 및 캠코더와 같은 소형 휴대용 전자 제품에 널리 사용되고 있다.
종래 리튬이온 이차전지는 주요 구성 요소로서 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함한다.
종래 리튬이온 이차전지의 양극은 리튬산화물을 포함하며, 음극은 리튬이온을 저장할 수 있는 흑연과 같은 탄소화합물을 포함하며, 분리막은 양극과 음극이 직접 접촉되는 것을 방지하며, 전해액은 양극과 음극에서 리튬 이온이 이동할 수 있도록 하는 매개체로서 역할한다.
여기서 리튬 이차전지용 전극은 전극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 전극 슬러리를 전극 집전체에 도포하여 제조된다. 바인더는 전극 활물질과 전극 활물질간, 전극 활물질과 전극 집전체 간의 접착력 또는 결착력 확보를 위하여 사용된다.
한편 최근에는 리튬이온 이차전지의 음극 활물질을 탄소계 소재로부터 실리콘계 소재로 변경하여 리튬이온 이차전지의 가역 용량을 증가시키는 기술이 연구되고 있다.
그러나, 이와 같이 리튬이온 이차전지의 음극 소재를 탄소계 소재로부터 실리콘계 소재로 변경할 경우, 실리콘계 음극을 갖는 리튬이온 이차전지의 가역 용량을 크게 증가시킬 수 있는 반면, 리튬이온 이차전지의 충방전시 음극 활물질의 부피 팽창 및 수축에 따른 전극 열화 및 음극 활물질이 집전체로부터 박리되어 전지 수명이 크게 감소되는 문제점을 갖는다.
이에 따라, 최근에는 충방전시 실리콘계 소재의 부피 팽창 및 수축 문제를 해결하기 위하여 탄성과 외부 스트레스(stress)에 대항하기 위한 일정 수준 이상의 강성이 바인더의 물성으로 요구되고 있다.
한국공개특허 제2007-0110569호(2007. 11. 20)
따라서 본 발명의 목적은 충방전시 실리콘계 소재의 부피 팽창 및 수축 문제를 해결하기 위하여, 탄성과 외부 스트레스에 대항하기 위한 강성이 우수한 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더는 술폰산(sulfonic acid) 작용기를 포함하는 50 ~ 90중량%의 제1 바인더 및 하이드록실기(-OH)를 포함하는 10 ~ 50중량%의 제2 바인더를 중합하여 형성한 합성 바인더를 포함한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더에 있어서, 상기 제1 바인더는 비닐기(-CH) 및 아미노기(-NH2)를 더 포함하고, 상기 제2 바인더는 비닐기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더에 있어서, 상기 제1 바인더는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산이고, 상기 제2 바인더는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더에 있어서, 상기 합성 바인더는 상기 제1 바인더 및 상기 제1 바인더에 대하여 30중량%의 제2 바인더를 중합하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법은 술폰산 작용기를 포함하는 50 ~ 90중량%의 제1 바인더를 용매에 용해시키는 단계, 제1 바인더가 용해된 상기 용매에 하이드록실기(-OH)를 포함하는 10 ~ 50중량%의 제2 바인더를 제공하는 단계, 상기 제1 및 제2 바인더의 반응을 유도하기 위한 반응유도제를 상기 용매에 제공하여 합성 바인더를 합성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 바인더는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산이고, 상기 제2 바인더는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 합성 바인더를 합성하는 단계는, 상기 제1 바인더 및 상기 제2 바인더가 용해된 용액을 2시간 이상 1차 교반하는 단계, 상기 1차 교반된 용액에 반응유도제를 제공하여 1시간 이상 2차 교반하는 단계, 상기 2차 교반된 용액을 40 ~ 80도에서 10시간 이상 3차 교반하는 단계, 3차 교반된 용액에서 남은 여액을 증류하여 제거하는 단계, 상기 여액이 제거된 화합물을 세정액을 통해 디캔테이션을 수행하여 불순물을 제거하는 단계, 상기 불순물이 제거된 화합물을 70 ~ 90도의 진공환경에서 20 ~ 28시간 동안 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법에 있어서, 상기 2차 교반하는 단계에서, 상기 반응유도제는 아조디이소부티로니트릴(AIBN : azobisisobutyronitrile)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더는 분자 내 중합 반응이 가능한 비닐기, 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성이 우수한 아미노기 및 강성 향상에 유리한 술폰산 작용기를 갖는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산과, 중합 반응의 유도가 가능한 비닐기 및 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성에 우수한 하이드록실기로 구성된 2-하이드록시에틸메타크릴레이트를 포함하는 합성 바인더를 통해 전극과의 결착력 및 강성을 동시에 향상시켜 충방전시 실리콘계 음극 소재의 부피 팽창 및 수축 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성 바인더의 화학적 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합성 바인더의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 2의 S50 단계를 세부적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 합성 바인더에서 제1 및 제2 바인더의 비율에 따른 전기화학 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합성 바인더의 화학적 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더는 합성 바인더를 포함한다. 합성 바인더는 제1 바인더 및 제2 바인더를 합성하여 형성된다. 합성하여 형성된 합성 바인더는 음극에 형성되는 음극 합제에 포함될 수 있다.
여기서 음극 합제는 실리콘 및 흑연을 포함하는 활물질, 활물질의 도전성을 증가시키는 도전제, 용제 및 합성 바인더를 포함할 수 있다.
합성 바인더를 합성하기 위한 제1 바인더는 술폰산(sulfonic acid) 작용기를 포함하는 물질일 수 있다. 여기서 술폰산은 강성 향상에 유리한 효과를 갖는다. 이를 통해 술폰산이 포함된 제1 바인더는 전극과의 강성을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 바인더는 비닐기(-CH) 및 아미노기(-NH2)를 포함할 수 있다. 여기서 비닐기는 분자 내 중합 반응이 가능하고, 아미노기는 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성이 우수한 효과를 갖는다. 이를 통해 비닐기 및 아미노기가 포함된 제1 바인더는 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성을 향상시킬 수 있다.
이러한 제1 바인더는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산을 포함할 수 있다. 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산은 분자 내 중합 반응이 가능한 비닐기, 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성이 우수한 아미노기 및 강성 향상에 유리한 술폰산 작용기를 모두 포함하여 전극과의 결착력 및 강성을 동시에 향상시킬 수 있다.
여기서 제1 바인더는 50 ~ 90중량%로 제2 바인더와 합성될 수 있다.
합성 바인더를 합성하기 위한 제2 바인더는 하이드록실기(-OH)를 포함할 수 있다. 여기서 하이드록실기는 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성에 우수한 효과를 갖는다. 이를 통해 비닐기 및 아미노기가 포함된 제1 바인더는 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 제2 바인더는 비닐기를 포함할 수 있다. 여기서 비닐기는 분자 내 중합 반응이 가능하여 제1 바인더와의 중합 반응을 수행할 수 있다.
이러한 제2 바인더는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트를 포함할 수 있다. 2-하이드록시에틸메타크릴레이트는 분자 내 중합 반응이 가능한 비닐기 및 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성이 우수한 하이드록실기를 포함하여 전극과의 결착력을 향상시킬 수 있다.
여기서 제2 바인더는 10 ~ 50중량%로 제1 바인더와 합성될 수 있다.
한편 실리콘계 음극 소재는 기존 탄소계 음극 소재 대비 가역 용량이 높은 장점이 있지만 충/방전 시 약 400% 정도의 극판 팽창 및 이로 이한 활물질의 탈리 현상이 발생되게 되고, 이러한 탈리 현상은 실리콘계 음극 소재의 가역 수명에 치명적인 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 급격한 부피팽창에 유연하게 대응 가능한 탄성과, 외부 스트레스에 대항하기 위한 일정 수준 이상의 강성이 바인더의 물성으로 요구된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 합성바인더는 분자 내 중합 반응이 가능한 비닐기, 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성이 우수한 아미노기 및 강성 향상에 유리한 술폰산 작용기를 갖는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산과, 중합 반응의 유도가 가능한 비닐기 및 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성에 우수한 하이드록실기로 구성된 2-하이드록시에틸메타크릴레이트를 포함하는 합성 바인더를 통해 전극과의 결착력 및 강성을 동시에 향상시켜 충방전시 실리콘계 음극 소재의 부피 팽창 및 수축 문제를 해결할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합성 바인더의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 S10 단계에서 제1 바인더를 용매에 용해하는 단계를 수행한다. 여기서 용매는 디메틸포름아미드를 포함할 수 있다.
제1 바인더는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산이 될 수 있다.
S10 단계에서 제1 바인더를 용매인 디메틸포름아미드에 용해시킨 후, S30 단계에서 제1 바인더가 용해된 용액에 제2 바인더를 제공한다.
여기서 제2 바인더는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트가 될 수 있다.
S30 단계에서는 제1 바인더가 용해된 용매에 10 ~ 50중량%의 제2 바인더를 제공할 수 있다. 바람직하게는 10g의 제1 바인더를 DMF에 용해시킨 후 30중량%의 제2 바인더를 제1 바인더가 용해된 용매에 제공할 수 있다. 즉 제1 바인더와 제2 바인더의 비율이 7 : 3 이 되도록 조절할 수 있다.
다음으로 S50 단계에서 제1 바인더 및 제2 바인더의 반응을 유도하기 위한 반응 유도제를 용액에 제공하여 합성 바인더를 합성한다.
S50 단계에서 합성 바인더를 합성하기 위해서는 하기의 단계를 수행할 수 있다.
도 3은 도 2의 S50 단계를 세부적으로 나타낸 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 S51 단계에서 제1 바인더 및 제2 바인더가 용해된 용액을 2시간 이상 1차 교반시킬 수 있다.
다음으로 S53 단계에서 고분자 중합 반응을 진행하기 위하여 반응 유도제를 제공하여 1시간 이상 2차 교반시킬 수 있다. 바람직하게는 반응 유도제를 제공하여 1시간 동안 요반시킬 수 있다. 여기서 반응 유도제는 아조디이소부티로니트릴을 포함할 수 있다.
다음으로 S55 단계에서는 S53 단계에서 2차 교반된 용액을 40 ~ 80도의 온도에서 10시간 이상 3차 교반시킬 수 있다. 바람직하게는 60도의 온도에서 12시간 동안 교반을 수행할 수 있다.
다음으로 S57 단계에서는 여액이 제거된 용액에서 S55단계에서 용액을 생성하는데 참여하지 못한 미반응 제1 및 제2 바인더를 여과 방식(filtration)으로 여과하여 화합물로부터 제거하고 잔류되어 있는 여액 즉, 물 역시 가압증류장치를 이용하여 제거한다.
다음으로 S59 단계에서는 제1 바인더, 제2 바인더 및 반응 유도제를 교반하는 도중 형성되는 미량의 불순물을 디캔테이션(decantation)을 수행하여 제거할 수 있다.
여기서 디캔테이션은 침강 또는 세척할 고체와 세정액의 흐름의 방향이 서로 반대로 되게 배치한 침강 분리법이다. 본 실시예에서는 세정액으로 20ml의 에틸 아세테이트(ethyl acetate) 및 디에틸 에테르(diethyl ether)로 복수번 디캔테이션(decantation)을 수행하여 불순물을 제거하도록 할 수 있다. 바람직하게는 디캔테이션을 세번 이상 수행하여 불순물을 완전히 제거하도록 할 수 있다.
그리고, S61 단계에서 여액 및 불순물이 제거된 제1 바인더 및 제2 바인더의 화합물을 건조하여 합성 바인더를 형성할 수 있다. 여기서 S61 단계에서는 불순물이 제거된 화합물을 70 ~ 90도의 진공환경에서 20 ~ 28시간 동안 건조하여 합성바인더를 형성할 수 있다. 바람직하게는 화합물을 80도의 진공에서 24시간 동안 건조하여 합성 바인더를 합성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 합성 바인더에서 제1 및 제2 바인더의 비율에 따른 전기화학 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제1 바인더(2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산) 및 제2 바인더(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)의 비율에 따른 전극을 제조하고 이에 대한 전지 평가를 수행하였다.
수명 특성 평가를 위하여 활물질(Si : graphite = 3 : 7) : 바인더 : 도전제(Super P) = 8 : 1 : 1 의 비율로 슬러리 제조 후 구리 집전체에 코팅을 진행하여 전극을 제조하였으며, 상대 전극 및 기준 전극으로는 리튬메탈을 작동 전극으로는 제조된 실리콘계 소재 기반의 전극을 사용하여 이전극 비커셀을 구성하였다. 또한 분리막으로는 PE(poly(ethylene))을 사용하였으며, 전해액으로는 EC : EMC = 1 : 2 + 1M LiPF6 + 30% F-EC를 사용하였으며 1.5 - 0.01V의 범위에서 1C의 전류밀도로 300회 충/방전을 진행하였다.
평가 결과 제1 바인더 및 제2 바인더의 비율에 따라 전지 특성의 차이를 나타내는데 제1 바인더와 제2 바인더의 비율이 7 : 3 인 지점에서 가장 우수한 수명 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이 결과는 제1 바인더와 제2 바인더의 비율이 7 : 3 일 경우 우수한 기초물성(강성과 탄성의 조화)을 제공하는 것이며, 급격한 부피팽창 및 수축이 발생하는 실로콘계 전극 열화의 억제에 탈월한 효과가 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더는 분자 내 중합 반응이 가능한 비닐기, 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성이 우수한 아미노기 및 강성 향상에 유리한 술폰산 작용기를 갖는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산과, 중합 반응의 유도가 가능한 비닐기 및 전극과의 결착력 향상 및 슬러리 침강 특성에 우수한 하이드록실기로 구성된 2-하이드록시에틸메타크릴레이트를 포함하는 합성 바인더를 통해 전극과의 결착력 및 강성을 동시에 향상시켜 충방전시 실리콘계 음극 소재의 부피 팽창 및 수축 문제를 해결할 수 있다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

Claims (8)

  1. 술폰산 작용기를 포함하는 50 ~ 90중량%의 제1 바인더 및 하이드록실기(-OH)를 포함하는 10 ~ 50중량%의 제2 바인더를 중합하여 형성한 합성 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바인더는 비닐기(-CH) 및 아미노기(-NH2)를 더 포함하고, 상기 제2 바인더는 비닐기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바인더는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산이고, 상기 제2 바인더는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 합성 바인더는 상기 제1 바인더 및 상기 제1 바인더에 대하여 30중량%의 제2 바인더를 중합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더.
  5. 술폰산 작용기를 포함하는 50 ~ 90중량%의 제1 바인더를 용매에 용해시키는 단계;
    제1 바인더가 용해된 상기 용매에 하이드록실기(-OH)를 포함하는 10 ~ 50중량%의 제2 바인더를 제공하는 단계;
    상기 제1 및 제2 바인더의 반응을 유도하기 위한 반응유도제를 상기 용매에 제공하여 합성 바인더를 합성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 바인더는 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산이고, 상기 제2 바인더는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 합성 바인더를 합성하는 단계는,
    상기 제1 바인더 및 상기 제2 바인더가 용해된 용액을 2시간 이상 1차 교반하는 단계;
    상기 1차 교반된 용액에 반응유도제를 제공하여 1시간 이상 2차 교반하는 단계;
    상기 2차 교반된 용액을 40 ~ 80도에서 10시간 이상 3차 교반하는 단계;
    3차 교반된 용액에서 남은 여액을 증류하여 제거하는 단계;
    상기 여액이 제거된 화합물을 세정액을 통해 디캔테이션을 수행하여 불순물을 제거하는 단계;
    상기 불순물이 제거된 화합물을 70 ~ 90도의 진공환경에서 20 ~ 28시간 동안 건조하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 2차 교반하는 단계에서,
    상기 반응유도제는 아조디이소부티로니트릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지의 실리콘계 음극 소재용 바인더의 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112864395A (zh) * 2021-03-10 2021-05-28 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池正极浆料及其制备方法
CN114122316A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 远景动力技术(江苏)有限公司 负极及其用途
KR20230027684A (ko) * 2021-08-19 2023-02-28 주식회사 테크늄 이차 전지 전극용 바인더, 이를 포함하는 이차 전지용 음극 및 이차 전지

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20230027684A (ko) * 2021-08-19 2023-02-28 주식회사 테크늄 이차 전지 전극용 바인더, 이를 포함하는 이차 전지용 음극 및 이차 전지
CN114122316A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 远景动力技术(江苏)有限公司 负极及其用途
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