KR20190120740A - The acrylic binder for the manufacturing of cathode of lithium sulfur secondary battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode, and a composition comprising the same. The binder of the present invention can have excellent resistance to an electrolyte of the positive electrode active material. The binder comprises a polymerized unit of a polymerizable monomer having an alkylene oxide group which is a polar functional group interacting with the positive electrode active material.

Description

리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더{The acrylic binder for the manufacturing of cathode of lithium sulfur secondary battery}The acrylic binder for the manufacturing of cathode of lithium sulfur secondary battery}

본 출원은 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더, 그 조성물, 리튬-황 이차전지 양극 및 이의 용도에 대한 것이다. The present application relates to an acrylic binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode, a composition thereof, a lithium-sulfur secondary battery positive electrode and a use thereof.

2차 전지의 응용 영역이 전기 자동차(EV)나 에너지 저장 장치(ESS) 등으로 확대됨에 따라 리튬-이온 이차전지는 상대적으로 낮은 무게비 에너지 저장 밀도(~250Wh/kg)로 한계 상황을 맞이하고 있다.As the application area of secondary batteries is extended to electric vehicles (EVs) and energy storage devices (ESSs), lithium-ion secondary batteries are facing limitations with relatively low weight-to-weight energy storage densities (~ 250 Wh / kg). .

높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 차세대 이차 전지 기술 중 리튬-황 이차전지는 다른 기술에 비해 높은 상용화 가능성으로 각광을 받고 있다.Among the next-generation secondary battery technologies capable of realizing a high energy density, lithium-sulfur secondary batteries are spotlighted for their high commercialization potential compared to other technologies.

리튬-황 이차전지는 양극 활물질로써 황을 사용하고, 음극 활물질로써 리튬 금속을 이용하는 전지 시스템을 의미한다.The lithium-sulfur secondary battery refers to a battery system using sulfur as a positive electrode active material and using lithium metal as a negative electrode active material.

리튬-황 이차전지는 방전시, 양극의 황이 전자를 받아들여 환원되며, 음극의 리튬은 산화되어 이온화된다. 황의 환원 반응은 황-황(S-S) 결합이 전자 2개를 받아들이며 황 음이온 형태로 변환하는 과정인데, 이 때, 산화되어 형성된 리튬 이온이 전해질을 통해 양극으로 전달되어 이온화된 황과 염을 형성한다. In the lithium-sulfur secondary battery, upon discharge, sulfur of the positive electrode receives electrons and is reduced, and lithium of the negative electrode is oxidized and ionized. The reduction of sulfur is a process in which a sulfur-sulfur (SS) bond accepts two electrons and converts them into a sulfur anion form, whereby the oxidized lithium ions are transferred to the anode through an electrolyte to form ionized sulfur and salts. .

방전 전 황은 환형의 S8 구조를 가지고 있으며, 환원 반응에 의해 리튬 폴리 설파이드(LiSx)로 변환되는데, 상기 리튬 폴리 설파이드(LiSx)는 단계적으로 환원되어, 최종적으로 리튬 설파이드(Li2S)가 된다. The sulfur before discharge has a cyclic S 8 structure, and is converted to lithium poly sulfide (LiS x ) by a reduction reaction. The lithium poly sulfide (LiS x ) is reduced in stages, and finally lithium sulfide (Li 2 S). Becomes

이러한 전기 화학적 반응을 통한 이론적인 에너지 밀도는 2,500Wh/kg으로 리튬 이온전지 대비 10배에 달한다.The theoretical energy density through this electrochemical reaction is 2,500 Wh / kg, which is 10 times that of a lithium ion battery.

이와 같은, 리튬-황 이차전지의 장점에도 불구하고, 리튬 폴리설파이드의 높은 용해성, 낮은 수명 특성과 출력 특성, 황의 낮은 전기 전도도 및 리튬 금속의 사용으로 인한 안정성 저하 등 많은 문제들이 존재한다.Despite such advantages of lithium-sulfur secondary batteries, there are many problems such as high solubility, low life and output characteristics of lithium polysulfide, low electrical conductivity of sulfur and stability deterioration due to the use of lithium metal.

하나의 예시에서, 상기 리튬 폴리설파이드(LiSx)가 전해액에 쉽게 녹아, 반복적인 충방전에 따른 활성 황의 손실 및 그에 따른 싸이클 특성의 저하는 리튬-황 이차전지에서 해결해야 할 최대의 난제로 꼽힌다.In one example, the lithium polysulfide (LiS x ) is easily dissolved in the electrolyte, the loss of active sulfur due to repeated charging and discharging and the degradation of the cycle characteristics is considered as the biggest challenge to be solved in the lithium-sulfur secondary battery. .

상기 문제를 해결하기 위하여, 전극을 다공체로 제조한 후, 다공체 사이에 황을 담지시켜, 전해질에 대한 용해가능성을 저해하는 기술, 폴리설파이드를 흡착할 수 있는 물질을 전극에 투입하는 기술 또는 폴리설파이드의 친수성 특성을 이용한 기술 등이 제시되고 있다.In order to solve the above problem, the electrode is made of a porous body, and then sulfur is supported between the porous bodies to inhibit the solubility of the electrolyte, a technique of introducing a substance capable of adsorbing polysulfide to the electrode, or polysulfide The technique using the hydrophilic characteristic of is proposed.

하지만, 여전히 목적하는 리튬 폴리설파이드(LiSx)의 용출을 효과적으로 방지하면서, 동시에 전기 화학적 성능이 우수한 리튬-황 이차전지에 대한 지속적인 연구가 필요한 실정이다.However, there is still a need for continuous research on a lithium-sulfur secondary battery which effectively prevents elution of a desired lithium polysulfide (LiS x ) and has excellent electrochemical performance.

대한민국 공개 특허공보 2015-0093874Republic of Korea Patent Publication 2015-0093874

본 출원은 양극 활물질의 용출을 효과적으로 방지하여, 사이클 특성이 우수한 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더를 제공한다.The present application effectively prevents dissolution of the positive electrode active material, and provides an acrylic binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode having excellent cycle characteristics.

또한, 본 출원은 도전재의 2차 구조를 유지하며, 우수한 전기 화학적 성능을 가지는 리튬-황 이차전지용 양극의 활성층을 형성하는 조성물을 제공한다. In addition, the present application maintains the secondary structure of the conductive material, and provides a composition for forming an active layer of the positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery having excellent electrochemical performance.

더욱이, 본 출원은 이와 같은 아크릴 바인더를 포함하는 활성층을 가지는 리튬-황 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.Furthermore, the present application provides a positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery having an active layer including such an acrylic binder and a secondary battery including the same.

본 출원은 리튬-황 이차전지 양극용 바인더, 이를 포함하는 조성물에 대한 것이다.The present application relates to a binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode, and a composition comprising the same.

본 출원에 따른 리튬-황 이차전지 양극용 바인더는, 바인더 내에 양극 활물질과 상호작용하는 단량체의 중합 단위를 포함하여, 양극 활물질, 구체적으로 양극의 황이 환원되어 형성되는 리튬 폴리설파이드(LiSx)의 전해액으로의 용출을 효과적으로 방지할 수 있다.The binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode according to the present application includes a polymer unit of a monomer that interacts with a positive electrode active material in the binder, and thus, a lithium polysulfide (LiS x ) formed by reducing sulfur of the positive electrode active material, specifically, the positive electrode. Elution to electrolyte solution can be prevented effectively.

본 출원의 용어 「아크릴 바인더」는 아크릴 단량체의 중합 단위를 적어도 30 중량% 이상 포함하고, 이차전지의 바인더로 역할을 수행하는 중합체를 의미한다. 상기에서 아크릴 단량체는 아크릴산, 메타크릴산 또는 그 유도체를 의미한다.The term "acrylic binder" of the present application means a polymer containing at least 30% by weight or more of polymerized units of an acrylic monomer and serving as a binder of a secondary battery. In the above, the acrylic monomer means acrylic acid, methacrylic acid or derivatives thereof.

즉, 본 출원의 아크릴 바인더는, 리튬-황 이차전지 양극의 활성층에 포함되어, 양극 활물질, 도전재 및 기타 활성층에 포함되는 물질을 바인딩(Binding)하는 역할을 수행한다.That is, the acrylic binder of the present application is included in the active layer of the lithium-sulfur secondary battery positive electrode, and serves to bind a material included in the positive electrode active material, the conductive material, and other active layers.

상기 아크릴 바인더는 양극 활물질과 상호 작용하는 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위를 포함한다. The acrylic binder includes polymerized units of a polymerizable monomer having a polar functional group interacting with the positive electrode active material.

본 출원의 용어 「소정 화합물의 중합 단위」는 상기 소정의 화합물이 중합되어 형성된 중합체의 측쇄 또는 주쇄 등의 골격에 상기 소정의 화합물이 중합되어 있는 상태를 의미할 수 있다.The term "polymerization unit of a predetermined compound" in the present application may mean a state in which the predetermined compound is polymerized in a skeleton such as a side chain or a main chain of a polymer formed by polymerization of the predetermined compound.

본 출원에서 상기 극성 관능기와 양극 활물질 사이의 상호 작용은, 리튬 폴리 설파이드(LiSx)의 용출을 방지할 수 있는 공지의 모든 물리적 또는 화학적 상호 작용을 포함하는 것으로 이해할 수 있다. In the present application, the interaction between the polar functional group and the positive electrode active material may be understood to include all known physical or chemical interactions capable of preventing the dissolution of lithium poly sulfide (LiS x ).

하나의 예시에서, 상기 양극 활물질과 극성 관능기의 상호 작용은 극성 관능기와 황 원소 사이의 상호 작용, 즉 쌍극자-쌍극자 모멘트일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one example, the interaction between the positive electrode active material and the polar functional group may be, but is not limited to, an interaction between the polar functional group and the sulfur element, that is, dipole-dipole moment.

이러한 리튬-황 이차전지의 양극 활물질과 아크릴 바인더 내에 극성 관능기 사이의 상호 작용을 통해, 양극의 황이 환원되어 형성되는 리튬 폴리 설파이드(LiSx)의 전해액으로의 용출을 효과적으로 방지할 수 있다.Through the interaction between the positive electrode active material of the lithium-sulfur secondary battery and the polar functional group in the acrylic binder, it is possible to effectively prevent dissolution of lithium poly sulfide (LiS x ) formed by reducing sulfur of the positive electrode into the electrolyte.

상기 극성 관능기는, 전술한 목적을 달성할 수 있는 것이면 본 출원에서 제한 없이 이용될 수 있으나, 예를 들면 질소 함유 관능기, 알킬렌 옥시드기, 히드록시기 및 알콕시 실릴기 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.The polar functional group may be used without limitation in the present application as long as it can achieve the above object, for example, may be one or more selected from nitrogen-containing functional group, alkylene oxide group, hydroxy group and alkoxy silyl group. .

즉, 본 출원에 따른 상기 극성 관능기는 질소 함유 관능기, 알킬렌 옥시드기, 히드록시기 및 알콕시 실릴기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.That is, the polar functional group according to the present application may be any one selected from the group consisting of a nitrogen-containing functional group, an alkylene oxide group, a hydroxy group and an alkoxy silyl group.

본 출원에서 용어 「질소 함유 관능기」는, 분자 내에 질소를 함유하고 있는 관능기로써, 예를 들면 아민기, 이민기, 아미드기, 니트릴기, 니트로기, 아조기, 이미드기 또는 아지드기 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In the present application, the term "nitrogen-containing functional group" is a functional group containing nitrogen in a molecule, and examples thereof include an amine group, an imine group, an amide group, a nitrile group, a nitro group, an azo group, an imide group, or an azide group. May be, but is not limited thereto.

하나의 예시에서, 상기 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체는, (메타)아크릴로니트릴, (메타)아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸 (메타)아크릴아미드, N-부톡시 메틸 (메타)아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈,N-비닐 카프로락탐, 2-아미노에틸 (메타)아크릴레이트, 3-아미노에틸 (메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸 (메타)아크릴레이트 또는 N,N-디메틸아미노프로필 (메타)아크릴레이트 등과 같은 질소 함유 관능기를 가지는 중합성 단량체; 알콕시 알킬렌 글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 알콕시 디알킬렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르 또는 알콕시 폴리에틸렌글리콜 (메타)아크릴산 에스테르 등과 같은 알킬렌옥시드기를 가지는 중합성 단량체; 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트 또는 8-히드록시옥실 (메타)아크릴레이트 등과 같은 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트, 또는 히드록시 폴리에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트 또는 히드록시폴리프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등과 같은 히드록시폴리알킬렌글리콜 (메타)아크릴레이트 등과 같은 히드록시기를 가지는 중합성 단량체; 또는 3-(트리메톡시실릴)프로필 (메타)아크릴레이트나 3-(트리에톡시실릴)프로필 (메타)아크릴레이트 등의 알콕시 실릴기를 가지는 중합성 단량체 등이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서 (메타)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미할 수 있다. In one example, the polymerizable monomer having a polar functional group may be (meth) acrylonitrile, (meth) acrylamide, N-methylacrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N-butoxy methyl (Meth) acrylamide, N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl caprolactam, 2-aminoethyl (meth) acrylate, 3-aminoethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylic Polymerizable monomers having nitrogen-containing functional groups such as acrylate or N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylate; Polymerizable monomers having alkylene oxide groups such as alkoxy alkylene glycol (meth) acrylic acid esters, alkoxy dialkylene glycol (meth) acrylic acid esters or alkoxy polyethylene glycol (meth) acrylic acid esters; 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 6-hydroxyhexyl (meth) acrylate or 8-hydroxyoxyl ( Hydroxyalkyl (meth) acrylates such as meth) acrylates, or hydroxypolyalkylene glycol (meth) acrylates such as hydroxy polyethylene glycol (meth) acrylates or hydroxypolypropylene glycol (meth) acrylates, etc. Polymerizable monomers having the same hydroxyl group; Or a polymerizable monomer having an alkoxy silyl group such as 3- (trimethoxysilyl) propyl (meth) acrylate or 3- (triethoxysilyl) propyl (meth) acrylate, but is not limited thereto. . In the above (meth) acrylate may mean acrylate or methacrylate.

이러한, 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체는, 바인더 내에 30 내지 100 중량부의 중합 단위 비율로 포함되어 있을 수 있다. 다른 예시에서, 상기 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체는 40 내지 100 중량부, 50 내지 100 중량부, 60 내지 100 중량부, 70 내지 100 중량부 또는 80 내지 100 중량부의 중합 단위 비율로 바인더에 포함되어 있을 수 있다. Such a polymerizable monomer having a polar functional group may be included in the binder at a ratio of 30 to 100 parts by weight of a polymerized unit. In another example, the polymerizable monomer having the polar functional group may be included in the binder in a polymer unit ratio of 40 to 100 parts by weight, 50 to 100 parts by weight, 60 to 100 parts by weight, 70 to 100 parts by weight or 80 to 100 parts by weight. There may be.

본 출원에서 용어 「중량부」는 특별히 달리 설명하지 않는 한 각 성분 사이의 중량 비율을 의미할 수 있다. In the present application, the term "parts by weight" may mean a weight ratio between each component unless specifically described otherwise.

본 출원의 상기 아크릴 바인더 내에 극성 관능기는 리튬-황 이차전지의 양극 활물질과 상호작용을 한다. 상기 상호작용은 전술한 바와 같이, 공지의 물리적 또는 화학적 상호 작용을 모두 포함하는 의미이며, 구체적으로는 극성 관능기와 황 원소 사이의 상호 작용일 수 있다. The polar functional group in the acrylic binder of the present application interacts with the positive electrode active material of the lithium-sulfur secondary battery. As described above, the interaction is meant to include all known physical or chemical interactions, and in particular, may be an interaction between a polar functional group and an elemental sulfur.

상기 양극 활물질은, 통상적으로 리튬-황 이차전지의 양극의 활성층에 포함되는 것으로써, 예를 들면 황 원소를 포함하는 화합물을 가질 수 있다. 상기 황 원소를 포함하는 화합물은, 예를 들면 고리구조의 황 원자를 8개 포함하는 화합물 일 수 있다. The positive electrode active material is typically included in the active layer of the positive electrode of a lithium-sulfur secondary battery, and may have, for example, a compound containing elemental sulfur. The compound containing the elemental sulfur may be, for example, a compound containing eight sulfur atoms in a ring structure.

리튬-황 이차전지에서, 상기 황 원소를 포함하는 화합물은 반복적인 충방전 기작에 따른 전해액으로의 용출 특성이 존재하며, 또한 낮은 전기 전도도에 따른 전기 화학적 문제가 발생할 수 있으므로, 이러한 특성을 개선할 수 있는 물질과 함께 복합체를 형성한 상태로 존재할 수 있다.In the lithium-sulfur secondary battery, the compound containing elemental sulfur has an eluting property to the electrolyte according to the repetitive charging and discharging mechanism, and may also cause electrochemical problems due to low electrical conductivity, thereby improving such characteristics. It may be present in the form of a composite with a substance that can be present.

하나의 예시에서, 양극 활물질은 황-탄소 복합체일 수 있다.In one example, the positive electrode active material may be a sulfur-carbon composite.

상기 황-탄소 복합체는 다공성 탄소에 황 원소를 포함하는 화합물을 도포하여 형성된 것일 수도 있고, 또는 상기 화합물을 녹여서 탄소와 혼합하여 형성된 것일 수 있다. 이때, 황-탄소 복합체의 탄소 및 황의 함량비는 질량을 기준으로 예를 들면, 5:95 내지 50:50의 비율일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The sulfur-carbon composite may be formed by applying a compound containing elemental sulfur to porous carbon, or may be formed by melting the compound and mixing it with carbon. In this case, the content ratio of carbon and sulfur of the sulfur-carbon composite may be, for example, a ratio of 5:95 to 50:50 based on mass, but is not limited thereto.

상기 탄소는 결정질이거나 또는 비정질 탄소일 수 있고, 도전성 탄소라면 한정되지 않으며, 예를 들면 그라파이트, 카본 블랙, 활성 탄소 섬유, 비활성 나노 섬유, 탄소 나노 튜브 또는 탄소 직물 등일 수 있다. The carbon may be crystalline or amorphous carbon, and is not limited as long as it is conductive carbon, and may be, for example, graphite, carbon black, activated carbon fiber, inert nanofibers, carbon nanotubes, or carbon fabrics.

본 출원의 아크릴 바인더는, 중량 평균 분자량이나 유리 전이 온도를 조절하기 위하여, 아크릴 단량체, 구체적으로 알킬 (메타)아크릴레이트의 중합 단위를 추가로 포함할 수 있다.The acrylic binder of the present application may further include a polymer unit of an acrylic monomer, specifically an alkyl (meth) acrylate, in order to adjust the weight average molecular weight or the glass transition temperature.

하나의 예시에서, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트는 탄소수 1 내지 20의 (메타)아크릴레이트로써, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 헥실 (메타)아크릴레이트, 시클로헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 데실 (메타)아크릴레이트, 도데실 (메타)아크릴레이트, 트리데실 (메타)아크릴레이트, 테트라데실 (메타)아크릴레이트, 옥타데실 (메타)아크릴레이트 또는 이소보닐 (메타)아크릴레이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the alkyl (meth) acrylate is a (meth) acrylate having 1 to 20 carbon atoms, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (Meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, 2-ethylbutyl (meth) acrylic Latex, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, isononyl (meth) acrylate, decyl (Meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, tetradecyl (meth) acrylate, octadecyl (meth) acrylate or isobornyl (meth) acrylate and the like can be exemplified. But It is not limited.

이러한, 알킬 (메타)아크릴레이트는, 예를 들면 바인더에 5 내지 30 중량부의 중합 단위 비율로 포함될 수 있다. Such alkyl (meth) acrylates can be included, for example, in the binder in a proportion of 5 to 30 parts by weight of polymerized units.

본 출원에 따른 아크릴 바인더는 다양한 방식으로 제조될 수 있다.The acrylic binder according to the present application can be prepared in various ways.

예를 들면, 상기 아크릴 바인더는 전술한 양극 활물질과 상호작용하는 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체를 단독으로 또는 알킬 (메타)아크릴레이트와 적정 비율로 배합한 후, 공지의 용액 중합(Solution polymerization), 괴상 중합(Bulk poylmerization), 현탁 중합(suspention polymerization) 또는 유화 중합(emulsion polymerization) 등의 방식을 적용하여 제조할 수 있다.For example, the acrylic binder is a polymerizable monomer having a polar functional group that interacts with the positive electrode active material described above alone or in combination with an alkyl (meth) acrylate in an appropriate ratio, and then known solution polymerization, It can be prepared by applying a bulk polymerization (Bulk poylmerization), suspension polymerization (suspendion polymerization) or emulsion polymerization (emulsion polymerization) method.

하나의 예시에서, 용액 중합 방법에 의해 아크릴 바인더를 제조하는 경우, 바인더가 10nm 이하의 입경을 나타내며, 집전체에 대한 접착력이 보다 더 우수할 수 있고, 또한 조성물 내에 도전재의 함량을 증가시킬 수 있어, 전기 화학적 우수성을 확보할 수 있다.In one example, when the acrylic binder is prepared by the solution polymerization method, the binder exhibits a particle diameter of 10 nm or less, the adhesion to the current collector may be better, and also the content of the conductive material in the composition may be increased. It can secure the electrochemical excellence.

하나의 예시에서, 용액 중합에 의해 아크릴 바인더를 제조하는 경우, 아크릴 바인더의 입경을 10 nm 이하의 범위로 조절할 수 있고, 이를 통해, 집전체에 대한 적절한 박리력 및 도전재에 대한 우수한 분산성을 달성할 수 있다. 상기 아크릴 바인더의 입경은, 예를 들면 dynamic light scattering (DLS) 장비를 이용하여 측정될 수 있다. In one example, when manufacturing the acrylic binder by solution polymerization, the particle size of the acrylic binder can be adjusted to the range of 10 nm or less, through which the appropriate peeling force for the current collector and excellent dispersibility for the conductive material Can be achieved. The particle diameter of the acrylic binder can be measured using, for example, dynamic light scattering (DLS) equipment.

아크릴 바인더의 용액 중합에 이용되는 용매는 특별히 제한되지 않으나, 용액 중합 후 추가 정제 공정 없이 용액 그대로 사용하기 위하여 비점이 110℃ 이하인 용매가 바람직할 수 있다. 이러한 용매로는, 예를 들며 아세톤, 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴, 이소프로판올, 메틸에틸케톤 또는 물 등이 있다.The solvent used for the solution polymerization of the acrylic binder is not particularly limited, but a solvent having a boiling point of 110 ° C. or lower may be preferable in order to use the solution as it is without further purification after solution polymerization. Such solvents include, for example, acetone, methanol, ethanol, acetonitrile, isopropanol, methyl ethyl ketone or water.

본 출원의 아크릴 바인더는 유리 전이 온도가 -80℃ 내지 50℃의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 유리전이 온도 범위 내에서 집전체와의 적절한 밀착성이 확보되고, 도전재 등에 대한 보유능이나 전해질에 대한 내성 등도 유리하게 확보될 수 있다.The acrylic binder of the present application may have a glass transition temperature in the range of -80 ° C to 50 ° C. Appropriate adhesion with the current collector is secured within the glass transition temperature range, and the holding ability to the conductive material, the resistance to the electrolyte, and the like can be advantageously secured.

본 출원의 아크릴 바인더는 또한, 중량평균분자량이 5,000 내지 1,000,000의 범위 내에 있을 수 있다. 본 출원에서 용어 중량평균분자량은 GPC(Gel Permeation Chromatograph)로 측정한 표준 폴리스티렌에 대한 환산수치를 의미할 수 있고, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 어떠한 중합체의 분자량은 그 중합체의 중량 평균 분자량을 의미할 수 있다. The acrylic binder of the present application may also have a weight average molecular weight in the range of 5,000 to 1,000,000. As used herein, the term weight average molecular weight may mean a conversion value for standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC), and unless otherwise specified, the molecular weight of any polymer may mean the weight average molecular weight of the polymer. Can be.

상기 아크릴 바인더는 또한, 전술한 유리전이 온도나 중량 평균 분자량을 달성하기 위하여, 기타 비아크릴 단량체의 중합 단위를 추가로 포함할 수 있다. 상기 비아크릴 단량체는 아크릴 단량체를 제외한 중합성 단량체를 의미하는 것으로써, 예를 들면 비닐계 단량체 등이 있을 수 있다.The acrylic binder may further include polymerized units of other non-acrylic monomers in order to achieve the aforementioned glass transition temperature or weight average molecular weight. The non-acrylic monomer means a polymerizable monomer except for an acrylic monomer, and for example, there may be a vinyl monomer.

본 출원은 또한, 아크릴 바인더를 포함하는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물에 대한 것이다.The present application also relates to a composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode including an acrylic binder.

본 출원에 따른 조성물은 리튬 폴리 설파이드(LiSx)의 용출을 효과적으로 방지하여, 우수한 사이클 특성을 나타내고, 조성물 내 도전재의 뛰어난 분산 특성으로 인한 전기 화학적 특성이 확보되는 리튬-황 이차전지용 양극의 활성층을 형성하는데 이용될 수 있다.The composition according to the present application effectively prevents elution of lithium poly sulfide (LiS x ), exhibits excellent cycle characteristics, and provides an active layer of a positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery, which exhibits electrochemical properties due to excellent dispersion characteristics of the conductive material in the composition. Can be used to form.

하나의 예시에서, 본 출원에 따른 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물은 전술한 아크릴 바인더, 양극 활물질 및 도전재를 포함한다.In one example, the composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode according to the present application includes the aforementioned acrylic binder, a positive electrode active material, and a conductive material.

본 출원에 조성물에 포함되는 아크릴 바인더는 전술한 바와 같이, 양극 활물질과 상호작용하는 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위를 포함하는 것으로써, 예를 들면 조성물의 고형분 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부의 비율로 조성물에 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서, 목적하는 바인딩(Binding) 특성을 확보하고, 리튬 폴리설파이드(LiSx)의 용출 현상을 효과적으로 방지하며, 또한 도전재에 대한 분산 특성을 확보할 수 있다. As described above, the acrylic binder included in the composition includes a polymerized unit of a polymerizable monomer having a polar functional group that interacts with the positive electrode active material, for example, from 0.01 to 10, based on 100 parts by weight of the solid content of the composition. It may be included in the composition in parts by weight. Within this range, it is possible to secure the desired binding characteristics, to effectively prevent the dissolution of lithium polysulfide (LiS x ), and to secure dispersion characteristics for the conductive material.

양극 활물질은, 전술한 바와 같이, 황 원소를 포함하는 화합물을 가지는 것으로써, 구체적으로 황-탄소 복합체일 수 있다. 또한, 상기 황-탄소 복합체는 다공성 탄소에 황 원소를 포함하는 화합물을 도포하여 형성된 것일 수도 있고, 또는 상기 화합물을 녹여서 탄소와 혼합하여 형성된 것일 수 있다. 이때, 황-탄소 복합체의 탄소 및 황의 함량비는 질량을 기준으로 예를 들면, 5:95 내지 50:50의 비율일 수 있다. 상기 탄소의 종류도 전술한 그라파이트 등이 제한 없이 채택되어 이용될 수 있다. As described above, the positive electrode active material has a compound containing elemental sulfur, and may specifically be a sulfur-carbon composite. In addition, the sulfur-carbon composite may be formed by applying a compound containing elemental sulfur to the porous carbon, or may be formed by melting the compound and mixing with carbon. In this case, the content ratio of carbon and sulfur of the sulfur-carbon composite may be, for example, a ratio of 5:95 to 50:50 based on mass. The type of carbon may also be used without the above-mentioned graphite and the like without limitation.

이러한 양극 활물질은, 조성물의 고형분 100 중량부 대비 30 내지 95 중량부의 비율로 조성물 내에 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 범위는 목적하는 전지의 성능을 고려하여 적절히 변경될 수 있다. The positive electrode active material may be included in the composition in a ratio of 30 to 95 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solid content of the composition, but is not limited thereto, and the range may be appropriately changed in consideration of the performance of a desired battery.

본 출원의 조성물은 도전재를 포함한다. 리튬-황 이차전지에 있어서, 낮은 황의 전기 전도도로 인한 문제를 극복하기 위하여, 도전재를 활성층이 포함시켜야 하나, 도전재의 양이 지나치게 많아질 경우, 분산 특성 저하로 인한 도전재의 뭉침 현상이 발생할 수도 있고, 또한 전지 전체의 에너지 밀도를 저하 시킬 수도 있다. The composition of the present application includes a conductive material. In the lithium-sulfur secondary battery, in order to overcome the problem caused by the low sulfur electrical conductivity, the active material should be included in the active layer, but if the amount of the conductive material is excessively large, aggregation of the conductive material may occur due to the deterioration of dispersion characteristics. Moreover, the energy density of the whole battery can also be reduced.

본 출원의 조성물은, 도전재에 대한 우수한 분산성을 가지는 아크릴 바인더를 포함함으로써, 상기 도전재의 뭉침 현상이 발생하지 않으면서, 전지 전체의 에너지 밀도를 저하시키지 않는 범위 내의 양으로 도전재를 포함할 수 있다.The composition of the present application includes an acrylic binder having an excellent dispersibility with respect to the conductive material, so that the conductive material may be contained in an amount within a range that does not lower the energy density of the entire battery without agglomeration of the conductive material. Can be.

하나의 예시에서, 상기 도전재는 조성물 고형분 100 중량부 대비 2 내지 70 중량부, 10 내지 70 중량부, 15 내지 70 중량부 또는 18 내지 70 중량부의 비율로 조성물에 포함될 수 있다.In one example, the conductive material may be included in the composition in a ratio of 2 to 70 parts by weight, 10 to 70 parts by weight, 15 to 70 parts by weight or 18 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the composition solids.

하나의 예시에서, 도전재로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 패널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아염, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리 아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리 피롤 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the conductive material may be graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, panel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Alternatively, a conductive material such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, polypyrrole or polyphenylene derivative may be used, but is not limited thereto.

상기 도전재는, 예를 들면 입경이 40 nm 이하이고, 표면적이 1,000 ㎡/g 이상인 것을 사용하는 것을 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the conductive material may have a particle diameter of 40 nm or less and use a surface area of 1,000 m 2 / g or more, but is not limited thereto.

본 출원의 조성물에는 전술한 성분 이외에 비아크릴 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 상기 비아크릴 바인더는 양극 활물질을 집전체에 부착시켜, 전해액에 대한 내용해성을 추가적으로 부여할 수 있는 역할을 수행하는 것일 수 있다.The composition of the present application may further include a non-acrylic binder in addition to the aforementioned components. The non-acrylic binder may serve to attach the positive electrode active material to the current collector, thereby additionally providing solvent resistance to the electrolyte.

하나의 예시에서, 상기 비아크릴 바인더는 폴리불화비닐리덴(PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등을 포함하는 불소 수지 바인더; 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 또는 스티렌-이소프렌 고무 등을 포함하는 고무 바인더; 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오즈 또는 재생 셀룰로오즈 등을 포함하는 셀룰로오즈 바인더; 폴리 알코올 바인더; 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 포함하는 폴리 올레핀 바인더; 폴리 이미드 바인더; 폴리 에스테르 바인더; 또는 실란 바인더 등에 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one example, the non-acrylic binder includes a fluororesin binder including polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE); Rubber binders including styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-isoprene rubber and the like; Cellulose binders including carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose or regenerated cellulose; Poly alcohol binders; Polyolefin binders including polyethylene or polypropylene; Polyimide binders; Polyester binders; Or a silane binder or the like, but is not limited thereto.

상기 비아크릴 바인더는, 예를 들면 조성물 고형분 100 중량부 대비 0 내지 20 중량부의 비율로 조성물에 포함될 수 있다.The non-acrylic binder may be included in the composition, for example, in a ratio of 0 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition solids.

상기 조성물은 또한 용매를 추가로 포함할 수 있다.The composition may also further comprise a solvent.

용매의 종류는 목적하는 성능 등을 고려하여 적절히 설정할 수 있으며, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈, 메탄올, 에탄올, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 디메틸술폭시드, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로퓨란 유도체, 프로피온산 메틸 또는 프로피온산 에틸 등의 유기용매나 물을 사용할 수 있으나, 건조 온도나 환경적 영향을 고려하여 물이 바람직하다. The kind of solvent can be appropriately set in consideration of the desired performance and the like, and for example, N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, ethanol, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, Dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylo lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, formamide, dimethylformamide, acetonitrile, Nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, propionic acid Organic solvents such as methyl or ethyl propionate and water can be used, but water is preferred in consideration of drying temperature and environmental influences.

조성물에 포함되는 용매의 비율은 목적하는 코팅성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The proportion of the solvent included in the composition may be appropriately selected in consideration of the desired coating properties and the like.

더욱이, 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물에는 공지의 다양한 첨가제가 추가로 포함될 수 있다.Furthermore, the composition for forming the active layer of the lithium-sulfur secondary battery positive electrode may further include various known additives.

하나의 예시에서, 상기 첨가제는 전이 금속 원소, IIIA족 원소, IVA족 원소, 이들 원소의 황 화합물 및 이들 원소의 황의 합금 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. In one example, the additive may be one or more selected from transition metal elements, group IIIA elements, group IVA elements, sulfur compounds of these elements, and alloys of sulfur of these elements.

전이 금속 원소로는, 예를 들면 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rg, Pd, Os, Ir, Pt, Au 또는 Hg 등이 포함되고, 상기 IIIA족 원소로는, 예를 들면 Al, Ga, In 또는 Ti 등이 포함되고, 상기 IVA족 원소로는 Ge, Sn 또는 Pb 등이 포함될 수 있다.As the transition metal element, for example, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rg, Pd, Os, Ir, Pt , Au or Hg, and the like, the Group IIIA element may include, for example, Al, Ga, In or Ti, and the Group IVA element may include Ge, Sn or Pb.

본 출원은 또한, 리튬-황 이차전지용 양극에 대한 것이다.The present application also relates to a positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery.

본 출원의 양극은 집전체 및 활성층을 포함한다. 상기 활성층은 전술한 활성층 형성용 조성물을 이용하여 형성되고, 아크릴 바인더를 포함한다.The positive electrode of the present application includes a current collector and an active layer. The active layer is formed using the above-described composition for forming an active layer, and includes an acrylic binder.

즉, 본 출원의 리튬-황 이차전지용 양극은 집전체; 및 상기 집전체 상에 형성되고, 아크릴 바인더를 포함하는 활성층을 가진다. 또한, 상기 아크릴 바인더는 양극 활물질과 상호작용하는 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위를 포함한다. That is, the positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery of the present application is a current collector; And an active layer formed on the current collector and including an acrylic binder. In addition, the acrylic binder includes a polymer unit of a polymerizable monomer having a polar functional group that interacts with the positive electrode active material.

본 출원에서 집전체는 리튬-황 이차전지용 양극에서 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한 없이 선택될 수 있다. In the present application, the current collector may be selected without particular limitation as long as it is generally used in a positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery.

집전체는, 예를 들면, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄 등이 사용될 수 있고, 필요하다면, 상기 스테인레스 스틸 등의 표면에는 카본, 니켈, 티탄 또는 은 등을 사용한 표면처리가 수행되어 있을 수도 있다.For the current collector, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon or aluminum may be used. If necessary, the surface of the stainless steel may be treated with carbon, nickel, titanium, or silver. It may be performed.

필요하다면, 집전체의 표면에는 미세한 요철 등이 형성되어 있을 수 있고, 이러한 요철은, 활성층과의 접착력의 개선에 도움이 될 수 있다. 집전체 표면을 조면화 처리할 경우에 그 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 기계적 연마법, 전해연마 법 또는 화학 연마법 등의 공지의 방식이 적용될 수 있다. If necessary, fine irregularities or the like may be formed on the surface of the current collector, and such irregularities may help to improve adhesion to the active layer. In the case of roughening the surface of the current collector, the method is not particularly limited. For example, a known method such as a mechanical polishing method, an electropolishing method or a chemical polishing method may be applied.

집전체는, 예를 들면, 필름, 시트, 호일(foil), 네트(net), 다공질체, 발포체 또는 부직포체 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.The current collector may have various forms such as, for example, a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, or a nonwoven fabric.

집전체의 두께는 특별히 제한되지 않고, 양극의 기계적 강도, 생산성이나 전지의 용량 등을 고려하여 적절 범위로 설정할 수 있다.The thickness of the current collector is not particularly limited and can be set in an appropriate range in consideration of the mechanical strength of the positive electrode, productivity, capacity of the battery, and the like.

리튬-황 이차전지용 양극은 상기 집전체 상에 활성층이 형성되어 있다. 상기 활성층은 전술한 조성물을 이용하여 형성할 수 있다.In the positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery, an active layer is formed on the current collector. The active layer may be formed using the composition described above.

하나의 예시에서, 활성층은 아크릴 바인더, 양극 활물질, 도전재 및 기타 다른 첨가물질을 포함하는 활성층 형성용 조성물을 집전체 상에 공지의 도포 방식을 이용하여 도포한 후, 건조하는 공정 등을 거친 후 집전체 상에 형성될 수 있다.In one example, the active layer is applied to the active layer forming composition comprising an acrylic binder, a positive electrode active material, a conductive material and other additives on the current collector using a known coating method, and then subjected to drying It can be formed on the current collector.

상기 도포하는 공정은, 예를 들면 바 코팅법, 스크린 코팅법, 닥터 블레이드법, 딥 법, 리버스 롤법, 다이렉트 롤법, 그라비어법 또는 압출법 등을 포함한 공지의 도포 방식이 제한 없이 적용될 수 있다. The coating step may be applied without any known coating method including, for example, a bar coating method, a screen coating method, a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method or an extrusion method.

본 출원의 상기 활성층용 조성물의 집전체 상의 도포량 또한, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 최종적으로 목적하는 두께의 활성층이 형성될 수 있는 범위에서 조절될 수 있다.The coating amount on the current collector of the composition for the active layer of the present application is also not particularly limited, and for example, may be adjusted in a range in which an active layer having a desired thickness may be finally formed.

또한, 상기 활성층의 형성 공정 전 또는 후에 양극의 제조를 위해 요구되는 공지의 공정, 예를 들면, 압연이나 건조 공정 등이 필요에 따라서 수행될 수 있다.In addition, a known process required for manufacturing the positive electrode before or after the active layer formation process, for example, a rolling or drying process may be performed as necessary.

활성층의 두께는, 예를 들면 1 내지 200㎛, 20 내지 200㎛ 또는 30 내지 200㎛의 범위 내에 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 목적하는 성능 등을 고려하여 상기 두께 범위는 변경될 수 있다.The thickness of the active layer may be, for example, in the range of 1 to 200 μm, 20 to 200 μm, or 30 to 200 μm, but is not limited thereto. The thickness range may be changed in consideration of desired performance. .

본 출원은 또한 이러한 리튬-황 이차전지용 양극을 포함하는 리튬-황 이차전지에 대한 것이다.The present application also relates to a lithium-sulfur secondary battery comprising such a positive electrode for a lithium-sulfur secondary battery.

상기 리튬-황 이차전지는 상세하게는, 음극 활물질로서 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함하는 음극; 전술한 집전체 및 활성층을 포함하는 양극; 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터; 및 상기 음극, 양극 및 세퍼레이터에 함침되어 있으며, 리튬염과 유기 용매를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다. In detail, the lithium-sulfur secondary battery may include a negative electrode including lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material; A positive electrode including the current collector and the active layer described above; A separator positioned between the positive electrode and the negative electrode; And an electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode and the separator, and including a lithium salt and an organic solvent.

상기 음극 활물질은 리튬 합금은 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금인 것이나, 이에 한정되지 않는다.The negative electrode active material is a lithium alloy is an alloy of a metal selected from the group consisting of lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al and Sn, but is not limited thereto. .

상기 양극과 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터는 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키고, 양극과 음극 사이에 리튬이온 수송을 가능하게 하는 것으로 다공성 비전도성 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 세퍼레이터는 필름과 같은 독립적인 부재일 수도 있고, 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수도 있다.The separator located between the positive electrode and the negative electrode separates or insulates the positive electrode and the negative electrode from each other, and enables lithium ion transport between the positive electrode and the negative electrode and may be made of a porous non-conductive or insulating material. Such a separator may be an independent member such as a film, or may be a coating layer added to the anode and / or the cathode.

상기 세퍼레이터의 물질은 예를 들어 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 유리 섬유 여과지 및 세라믹 물질이 포함되나, 이에 한정되지 않고, 그 두께는 약 5 내지 약 50㎛, 상세하게는 약 5 내지 약 25㎛일 수 있다.Materials of the separator include, but are not limited to, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, glass fiber filter paper, and ceramic materials, and the thickness thereof is about 5 to about 50 μm, specifically about 5 to about 25 μm. Can be.

상기 음극, 양극 및 세퍼레이터에 함침되어 있는 전해질은 리튬염 및 유기 용매를 포함한다.The electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode and the separator includes a lithium salt and an organic solvent.

상기 리튬염의 농도는, 전해질 용매 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 리튬 배터리 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 약 0.2 내지 2.0M일 수 있다. 본 출원에 사용하기 위한 리튬염의 예로는, LiSCN, LiBr, LiI, LiPF6, LiBF4, LiSO3CF3, LiClO4, LiSO3CH3, LiB(Ph)4, LiC(SO2CF3)3 및 LiN(SO2CF3)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 포함될 수 있다.The concentration of the lithium salt is about 0.2 to 2.0, depending on several factors such as the exact composition of the electrolyte solvent mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the cell, the operating temperature and other factors known in the lithium battery art. It may be M. Examples of lithium salts for use in the present application include LiSCN, LiBr, LiI, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSO 3 CF 3 , LiClO 4 , LiSO 3 CH 3 , LiB (Ph) 4 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 And LiN (SO 2 CF 3 ) 2 It may include one or more selected from the group consisting of.

상기 유기 용매는 단일 용매를 사용할 수도 있고 2 이상의 혼합 유기 용매를 사용할 수도 있다. 2 이상의 혼합 유기 용매를 사용하는 경우 약한 극성 용매 그룹, 강한 극성 용매 그룹, 및 리튬 메탈 보호 용매 그룹 중 두 개 이상의 그룹에서 하나 이상의 용매를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.The organic solvent may be a single solvent or a mixture of two or more organic solvents. When using two or more mixed organic solvents, it is preferable to select and use one or more solvents from two or more groups of the weak polar solvent group, the strong polar solvent group, and the lithium metal protective solvent group.

약한 극성 용매는 아릴 화합물, 바이사이클릭 에테르, 비환형 카보네이트 중에서 황 원소를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15보다 작은 용매로 정의되고, 강한 극성 용매는 비사이클릭 카보네이트, 설폭사이드 화합물, 락톤 화합물, 케톤 화합물, 에스테르 화합물, 설페이트 화합물, 설파이트 화합물 중에서 리튬 폴리 설파이드를 용해시킬 수 있는 유전 상수가 15 보다 큰 용매로 정의되며, 리튬 메탈 보호 용매는 포화된 에테르 화합물, 불포화된 에테르 화합물, N, O, S 또는 이들의 조합이 포함된 헤테로 고리 화합물과 같은 리튬 금속에 안정한 SEI(Solid Electrolyte Interface)를 형성하는 충방전 사이클 효율(cycle efficiency)이 50% 이상인 용매로 정의된다.Weak polar solvents are defined as those having a dielectric constant of less than 15 that can dissolve elemental sulfur among aryl compounds, bicyclic ethers, and acyclic carbonates; strong polar solvents include acyclic carbonates, sulfoxide compounds, lactone compounds, Among ketone compounds, ester compounds, sulfate compounds, and sulfite compounds, a dielectric constant capable of dissolving lithium poly sulfide is defined as greater than 15, and lithium metal protective solvents are saturated ether compounds, unsaturated ether compounds, N, O And a charge / discharge cycle efficiency (cycle efficiency) for forming a stable SEI (Solid Electrolyte Interface) on a lithium metal, such as a heterocyclic compound containing S or a combination thereof, is defined as a solvent of 50% or more.

약한 극성 용매의 구체적인 예로는 자일렌(xylene), 디메톡시에탄, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 톨루엔, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디글라임 또는 테트라글라임 등이 있다.Specific examples of weak polar solvents include xylene, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, toluene, dimethyl ether, diethyl ether, diglyme or tetraglyme.

강한 극성 용매의 구체적인 예로는 헥사메틸 포스포릭 트리아마이드(hexamethyl phosphoric triamide), γ-부티로락톤, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, N-메틸피롤리돈, 3-메틸-2-옥사졸리돈, 디메틸 포름아마이드, 설포란, 디메틸 아세트아마이드, 디메틸 설폭사이드, 디메틸 설페이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 디메틸 설파이트, 또는 에틸렌 글리콜 설파이트 등이 있다.Specific examples of strong polar solvents include hexamethyl phosphoric triamide, γ-butyrolactone, acetonitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, N-methylpyrrolidone, 3-methyl-2-oxazolidone , Dimethyl formamide, sulfolane, dimethyl acetamide, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfate, ethylene glycol diacetate, dimethyl sulfite, or ethylene glycol sulfite.

리튬 보호용매의 구체적인 예로는 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 옥사이드, 디옥솔란, 3,5-디메틸 이속사졸, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 4-메틸디옥솔란 등이 있다.Specific examples of the lithium protective solvent include tetrahydrofuran, ethylene oxide, dioxolane, 3,5-dimethyl isoxazole, furan, 2-methyl furan, 1,4-oxane, 4-methyldioxolane and the like.

또한, 본 출원은 상기 리튬-황 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.In addition, the present application provides a battery module including the lithium-sulfur secondary battery as a unit cell.

상기 전지모듈은 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.Specifically, the battery module may be used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

본 출원은 양극 활물질의 용출 현상을 효과적으로 방지하여, 궁극적으로 우수한 사이클 특성을 확보할 수 있는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층에 포함되는 아크릴 바인더 및 이를 포함하는 조성물을 제공할 수 있다.The present application may provide an acrylic binder and a composition comprising the active layer of the lithium-sulfur secondary battery positive electrode that can effectively prevent the dissolution of the positive electrode active material, ultimately ensure excellent cycle characteristics.

또한, 본 출원은 분산 특성이 우수하여, 적정량의 도전재를 포함할 수 있는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 활성층을 포함하는 양극을 제공할 수 있다.In addition, the present application is excellent in dispersing characteristics, it can provide a positive electrode comprising a composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode that may include an appropriate amount of a conductive material and an active layer formed therefrom.

이하, 본 출원의 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 출원을 예시하기 위한 것이며, 본 출원의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다.Hereinafter, although described with reference to the embodiments of the present application, the following examples are intended to illustrate the present application, and the scope of the present application is not limited by the following examples having ordinary skill in the art Self-explanatory

본 실시예 및 비교예에서 제시되는 물성은 하기의 방식으로 평가하였다. Physical properties shown in this Example and Comparative Example were evaluated in the following manner.

[1. 바인더의 전환율 측정방법][One. Method of measuring conversion rate of binder]

· 분석 기기Analytical Instruments

- 가스크로마토그래피(Gas chromatography, PerkinElmer) Gas chromatography (PerkinElmer)

· 분석 조건Analytical conditions

- 용매 : 테트라하이드로퓨란 Solvent: tetrahydrofuran

- 초기온도 :50에서 3분, 램프(Ramp) : 200에서 30/min Initial temperature: 50 to 3 minutes, Ramp: 200 to 30 / min

- 주입 부피(Injection volume) : 0.5㎕ Injection volume: 0.5 μl

· 분석 절차Analytical Procedure

반응물을 20mg/mL의 농도로 용매에 희석하고 5mg/mL의 톨루엔을 표준 물질로 첨가한 후, 가스크로마토그래피를 측정한다. 톨루엔 피크 대비 모노머 피크 크기의 비율의 변화로 전환율을 계산한다.The reaction is diluted in a solvent at a concentration of 20 mg / mL and 5 mg / mL of toluene is added as a standard, followed by gas chromatography. The conversion is calculated as the change in the ratio of monomer peak size to toluene peak.

전환율(%) = (Aini - A-fin)/Aini x 100% Conversion = (A ini -A- fin ) / A ini x 100

Aini : 반응 개시시의 모노머 피크의 톨루엔 피크 대비 면적 상대비A ini : area relative ratio of the monomer peak at the start of the reaction to the toluene peak

Afin : 반응 종료시의 모노머 피크의 톨루엔 피크 대비 면적 상대비A fin : Area relative ratio of toluene peak of monomer peak at the end of reaction

[2. 바인더의 분자량 평가][2. Molecular Weight Evaluation of Binder]

중량평균 분자량(Mw) 및 분자량 분포(PDI)는 GPC를 사용하여 이하의 조건으로 측정하였으며, 검량선의 제작에는 Agilent system의 표준 폴리스티렌을 사용하여 측정 결과를 환상하였다.The weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (PDI) were measured under the following conditions using GPC, and the measurement result was fantastic using the standard polystyrene of Agilent system for the production of a calibration curve.

< 측정 조건 > <Measurement condition>

측정기 : Agilent GPC(Agilent 1200 series, U.S.)  Meter: Agilent GPC (Agilent 1200 series, U.S.)

컬럼 : PL Mixed B 2개 연결  Column: Connect 2 PL Mixed B

컬럼 온도 : 40℃  Column temperature: 40 ℃

용리액 : 테트라하이드로퓨란 또는 N,N-디메틸포름알데히드  Eluent: tetrahydrofuran or N, N-dimethylformaldehyde

유속 : 1.0 mL/min  Flow rate: 1.0 mL / min

농도 : ~1mg/mL (100㎕ 주입)  Concentration: ~ 1mg / mL (100µl injection)

[3. 양극 활성층의 형성][3. Formation of Anode Active Layer]

카본 파우더 : 황의 중량비가 10 : 90인 혼합물을 습식 분쇄(wet ball milling) 공정을 통하여, 탄소-황 복합체를 얻었다. 상기 탄소-황 복합체 75.0 질량%:수퍼-P(도전재) 20.0질량% : 바인더 5.0질량% 조성의 조성물을 용제인 물에 첨가하여 슬러리를 제조한 후, 약 20㎛의 두께의 알루미늄 집전체 상에 코팅하여 로딩량이 2.0mAh/cm2인 양극을 제조하였다. Carbon-sulfur composite was obtained through a wet ball milling process in which the carbon powder: sulfur weight ratio was 10:90. 75.0 mass% of the carbon-sulfur composite: 20.0 mass% of super-P (conductive material): 5.0 mass% of a binder was added to the water composition to prepare a slurry, and then an aluminum current collector having a thickness of about 20 μm. on Coating to produce a positive electrode having a loading amount of 2.0mAh / cm 2 .

[4. 리튬-황 이차 전지 제조][4. Lithium-sulfur secondary battery manufacturing]

본 출원의 상기 방식에 따라 제조된 양극을 이용하고, 음극으로는 약 150㎛ 두께의 리튬 호일을 이용하며, 분리막으로 폴리 올레핀 막(Celgard® 2400)을 사용하였다. 전해액으로 1M LiN(CF3SO2)2)와 0.1LiNO3가 용해된 TEGDME(Tetraethylene glycol dimethyl ether), DOL(1,3-dioxolane), DME(dimethoxyethane)을 혼합한 전해액을 사용하여 리튬-황 이차전지의 제조를 완성하였다.A positive electrode prepared according to the above method of the present application was used, a lithium foil having a thickness of about 150 μm was used as a negative electrode, and a polyolefin membrane (Celgard® 2400) was used as a separator. Lithium-sulfur using an electrolyte solution containing 1M LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) and 0.1LiNO 3 dissolved in TEGDME (Tetraethylene glycol dimethyl ether), DOL (1,3-dioxolane) and DME (dimethoxyethane) The manufacture of a secondary battery was completed.

[5. 싸이클 특성의 평가][5. Evaluation of Cycle Characteristics]

기기 : 100mA 급의 충방전기Equipment: 100mA Class Charger

충전 : 0.1C, 정전류/정전압 모드Charge: 0.1C, constant current / constant voltage mode

방전 : 0.1C, 정전류 모드(1.5V)Discharge: 0.1C, Constant Current Mode (1.5V)

싸이클 온도 : 25℃Cycle temperature: 25 ℃

[수지 제조예 1] - 아크릴 바인더(A1)의 제조[Resin Production Example 1]-Preparation of Acrylic Binder (A1)

250mL 둥근바닥플라스크에 7.5g의 폴리에틸렌옥사이드 메틸에테르 메타크릴레이트, 6.0g의 N-비닐-2-피롤리돈, 1.5g의 아크릴로니트릴, 60g의 물을 투입하고, 입구를 밀봉(Sealing)하였다. 30분간 질소 버블링을 통하여 산소를 제거하고 반응 플라스크를 60℃로 가열된 오일 배스에 담근 후, 0.03 g의 V-50(Wako Chemical)을 투여하고, 반응을 개시하였다. 24시간 이후 전환율이 87%일 때, 반응을 종료하고 중량평균 분자량이 약 30만인 아크릴 바인더를 수득하였다.7.5 g polyethylene oxide methyl ether methacrylate, 6.0 g N-vinyl-2-pyrrolidone, 1.5 g acrylonitrile and 60 g of water were added to a 250 mL round bottom flask, and the inlet was sealed. . After oxygen was removed through nitrogen bubbling for 30 minutes and the reaction flask was immersed in an oil bath heated to 60 ° C., 0.03 g of V-50 (Wako Chemical) was administered and the reaction was started. When the conversion was 87% after 24 hours, the reaction was terminated to obtain an acrylic binder having a weight average molecular weight of about 300,000.

[수지 제조예 2 내지 4] - 아크릴 바인더(A2, A3, A4)의 제조[Resin Production Examples 2 to 4]-Preparation of Acrylic Binders (A2, A3, A4)

중합 시 사용된 단량체의 종류 및 그 함량을 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는 제조예 1의 경우와 동일한 방식으로 아크릴 바인더를 제조하였다.An acrylic binder was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the type and content of the monomer used in the polymerization were adjusted as shown in Table 1 below.

A1A1 A2A2 A3A3 A4A4 PEOMA (중량부)PEOMA (parts by weight) 5050 5050 5050 5050 VP (중량부)VP (parts by weight) 4040 2525 4040 DMAA (중량부)DMAA (parts by weight) 4040 2525 AN (중량부)AN (part by weight) 1010 1010 MMA (중량부)MMA (parts by weight) 1010 MwMw 300,000300,000 350,000350,000 500,000500,000 400,000400,000 PEOMA : Poly(ethylene oxide) methyl ether methacrylate
VP : N-vinyl-2-pyrrolidone
DMAA : N,N-dimethylacrylamide
AN : acrylonitrile
MMA : Methyl methacrylate
PEOMA: Poly (ethylene oxide) methyl ether methacrylate
VP: N-vinyl-2-pyrrolidone
DMAA: N, N-dimethylacrylamide
AN: acrylonitrile
MMA: Methyl methacrylate

[실시예 1] - 리튬-황 이차전지의 제조Example 1 Fabrication of Lithium-Sulfur Secondary Battery

상기 제조예 1에 따라 제조된 아크릴 바인더(A1)를 포함하는 활성층을 가지는 양극을 이용하여 리튬-황 이차전지를 제조하였다. 충전/방전을 0.1C/0.1C로 1.5V에서 2.8V 사이에서 100 싸이클 평가한 후, 초기 용량 대비 2번째 싸이클에서의 잔존 용량과 100번째 싸이클에서의 잔존 용량을 계산하여 용량 유지율을 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다. A lithium-sulfur secondary battery was manufactured by using a cathode having an active layer including an acrylic binder (A1) prepared according to Preparation Example 1. After evaluating charge / discharge at 100 cycles between 1.5V and 2.8V at 0.1C / 0.1C, the capacity retention rate was measured by calculating the remaining capacity at the second cycle and the remaining capacity at the 100th cycle compared to the initial capacity. The results are shown in Table 2.

[실시예 2 내지 4] - 리튬-황 이차전지의 제조[Examples 2 to 4]-Fabrication of lithium-sulfur secondary battery

상기 제조예 2 내지 4에 따라 제조된 아크릴 바인더(A2, A3, A4)를 포함하는 활성층을 가지는 양극을 이용하여 리튬-황 이차전지를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전지를 제조하고, 용량 유지율을 평가하여 표 2에 나타내었다. A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a lithium-sulfur secondary battery was manufactured by using a cathode having an active layer including the acrylic binders (A2, A3, and A4) prepared according to Preparation Examples 2 to 4. It was prepared, and the capacity retention rate was evaluated and shown in Table 2.

[비교예 1 내지 2] - 리튬-황 이차전지의 제조[Comparative Examples 1 and 2]-Fabrication of lithium-sulfur secondary battery

아크릴 바인더(A1,A2,A3,A4) 대신에 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 바인더 또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)와 카르복시메틸 셀룰로오즈(CMC)의 1:1 혼합물을 양극의 바인더로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전지를 제조하고, 용량 유지율을 평가하여, 표 2에 나타내었다. Polyvinylidene fluoride (PVDF) binder or 1: 1 mixture of styrene-butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC) instead of acrylic binder (A1, A2, A3, A4) Then, a battery was manufactured in the same manner as in Example 1, the capacity retention rate was evaluated, and is shown in Table 2.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 바인더 bookbinder A1A1 A2A2 A3A3 A4A4 PVDFPVDF SBR+CMCSBR + CMC 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 8686 8585 8888 8888 7575 8080

표 2에 나타난 바와 같이, 실시예에 따른 리튬-황 이차전지의 경우, 양극 활물질인 황과 상호작용하는 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위를 포함하는 아크릴 바인더를 활성층 내에 포함시킴으로써, 황이 전해액으로 용출되는 현상을 억제할 수 있었고, 따라서 싸이클 진행에 따른 용량 유지율이 높은 것으로 나타났다.As shown in Table 2, in the case of the lithium-sulfur secondary battery according to the embodiment, sulfur is included in the active layer by including an acrylic binder including a polymer unit of a polymerizable monomer having a polar functional group interacting with sulfur as a positive electrode active material in the active layer. The elution phenomenon could be suppressed, so the capacity retention rate was high as the cycle progressed.

Claims (22)

양극 활물질과 상호 작용하는 극성 관능기인 알킬렌 옥시드기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위를 포함하는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더이고,
상기 알킬렌 옥시드기 외에 질소 함유 관능기, 히드록시기 및 알콕시 실릴기 중에서 선택되는 1 이상의 극성 관능기를 더 포함하는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
It is an acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode containing the polymer unit of the polymerizable monomer which has the alkylene oxide group which is a polar functional group which interacts with a positive electrode active material,
Acrylic binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode further comprising at least one polar functional group selected from nitrogen-containing functional group, hydroxy group and alkoxy silyl group in addition to the alkylene oxide group.
양극 활물질과 상호 작용하는 극성 관능기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위를 포함하는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더이고,
상기 아크릴 바인더는 극성 관능기인 알킬렌 옥시드기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위; 및 극성 관능기인 질소 함유 관능기를 가지는 중합성 단량체의 중합 단위를 포함하는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
It is an acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode containing the polymerization unit of the polymerizable monomer which has a polar functional group which interacts with a positive electrode active material,
The acrylic binder is a polymer unit of a polymerizable monomer having an alkylene oxide group as a polar functional group; And a polymerized unit of a polymerizable monomer having a nitrogen-containing functional group which is a polar functional group.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 알킬렌 옥시드기를 갖는 중합성 단량체는 알콕시 알킬렌 글리콜 (메타)아크릴산 에스테르, 알콕시 디알킬렌글리콜 (메타) 아크릴산 에스테르 또는 알콕시 폴리에틸렌 글리콜 (메타)아크릴산 에스테르인 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
The method according to claim 1 or 2,
The polymerizable monomer having an alkylene oxide group is an alkoxy alkylene glycol (meth) acrylic acid ester, an alkoxy dialkylene glycol (meth) acrylic acid ester or an alkoxy polyethylene glycol (meth) acrylic acid ester acrylic binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode .
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 알킬렌 옥시드기를 갖는 중합성 단량체는 poly (ethylene oxide) methyl ether methacrylate인 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
The method according to claim 1 or 2,
The polymerizable monomer having an alkylene oxide group is poly (ethylene oxide) methyl ether methacrylate acrylic binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
극성 관능기를 가지는 중합성 단량체는 30 내지 100 중량부의 중합 단위 비율로 포함되는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
The method according to claim 1 or 2,
The polymerizable monomer having a polar functional group is an acrylic binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode contained in a polymerization unit ratio of 30 to 100 parts by weight.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
양극 활물질은 황 원소를 포함하는 화합물을 가지는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더
The method according to claim 1 or 2,
The positive electrode active material is an acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode having a compound containing elemental sulfur
제 6 항에 있어서,
양극 활물질은 황-탄소 복합체인 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
The method of claim 6,
The positive electrode active material is an acrylic binder for a lithium-sulfur secondary battery positive electrode which is a sulfur-carbon composite.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상호 작용은 극성 관능기와 황 원소 사이의 상호작용인 아크릴 바인더.
The method according to claim 1 or 2,
The interaction is an acrylic binder which is the interaction between the polar functional group and the elemental sulfur.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
알킬 (메타)아크릴레이트의 중합 단위를 추가로 포함하는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더
The method according to claim 1 or 2,
Acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode further comprising a polymerization unit of alkyl (meth) acrylate
제 9 항에 있어서,
알킬 (메타)아크릴레이트는 5 내지 30 중량부의 중합 단위 비율로 포함되는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더
The method of claim 9,
Alkyl (meth) acrylate is an acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode contained in a polymerization unit ratio of 5 to 30 parts by weight.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
10nm 이하의 입경을 가지는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
The method according to claim 1 or 2,
An acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode having a particle diameter of 10 nm or less.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
유리전이 온도가 -80℃ 내지 50℃의 범위 내에 있는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
The method according to claim 1 or 2,
Acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode whose glass transition temperature is in the range of -80 degreeC-50 degreeC.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
중량 평균 분자량이 5,000 내지 3,000,000의 범위 내에 있는 리튬-황 이차전지 양극용 아크릴 바인더.
The method according to claim 1 or 2,
Acrylic binder for lithium-sulfur secondary battery positive electrode whose weight average molecular weight is in the range of 5,000-3,000,000.
제 1 항에 따른 아크릴 바인더, 양극 활물질 및 도전재를 포함하는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물Composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode comprising the acrylic binder, the positive electrode active material and the conductive material according to claim 1 제 14 항에 있어서,
아크릴 바인더는 조성물의 고형분 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부의 비율로 포함되는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물.
The method of claim 14,
Acrylic binder is a composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode is contained in a ratio of 0.01 to 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of the solid content of the composition.
제 15 항에 있어서,
양극 활물질은 황-탄소 복합체인 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물.
The method of claim 15,
The positive electrode active material is a composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode which is a sulfur-carbon composite.
제 14 항에 있어서,
양극 활물질은 조성물의 고형분 100 중량부 대비 30 내지 95 중량부의 비율로 포함되는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물
The method of claim 14,
The positive electrode active material is a composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode, which is included in a ratio of 30 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the solid content of the composition.
제 14 항에 있어서,
비아크릴 바인더를 추가로 포함하는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물.
The method of claim 14,
Composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode further comprising a non-acrylic binder.
제 14 항에 있어서,
도전재는 조성물의 고형분 100 중량부 대비 2 내지 70 중량부의 비율로 포함되는 리튬-황 이차전지 양극의 활성층 형성용 조성물.
The method of claim 14,
The conductive material is a composition for forming an active layer of a lithium-sulfur secondary battery positive electrode, which is contained in a ratio of 2 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the solid content of the composition.
집전체;
상기 집전체 상에 형성되고, 제 1 항에 따른 아크릴 바인더를 포함하는 활성층을 가지는 리튬-황 이차전지용 양극.
Current collector;
A cathode for a lithium-sulfur secondary battery formed on the current collector and having an active layer comprising the acrylic binder according to claim 1.
제 20 항에 있어서,
활성층의 두께는 1 내지 200㎛의 범위 내에 있는 리튬-황 이차전지용 양극.
The method of claim 20,
The thickness of the active layer is a lithium-sulfur secondary battery positive electrode in the range of 1 to 200㎛.
제 20 항의 양극을 포함하는 리튬-황 이차전지.A lithium-sulfur secondary battery comprising the positive electrode of claim 20.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006287A (en) 2020-07-08 2022-01-17 한국수력원자력 주식회사 Method for manufacturing a cathode current collector in the form of a slurry

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010174058A (en) * 2009-01-27 2010-08-12 Hitachi Chem Co Ltd Polymer particle and binder resin composition for nonaqueous electrolyte energy device using the same
US20130309572A1 (en) * 2012-05-21 2013-11-21 U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army Dual-layer structured cathod and electrochemical cell
JP2014518001A (en) * 2011-05-24 2014-07-24 シオン・パワー・コーポレーション Electrochemical cell and its components and method of making and using the same
KR20150083724A (en) * 2014-01-10 2015-07-20 삼성에스디아이 주식회사 Composite binder composition for secondary battery, cathode and lithium battery containing the binder
US20150221935A1 (en) * 2014-02-05 2015-08-06 GM Global Technology Operations LLC Sulfur based active material for a positive electrode
KR20150093874A (en) 2014-02-07 2015-08-19 고려대학교 산학협력단 Electrode structure for a lithium-sulfur secondary cell and method of manufacturing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010174058A (en) * 2009-01-27 2010-08-12 Hitachi Chem Co Ltd Polymer particle and binder resin composition for nonaqueous electrolyte energy device using the same
JP2014518001A (en) * 2011-05-24 2014-07-24 シオン・パワー・コーポレーション Electrochemical cell and its components and method of making and using the same
US20130309572A1 (en) * 2012-05-21 2013-11-21 U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army Dual-layer structured cathod and electrochemical cell
KR20150083724A (en) * 2014-01-10 2015-07-20 삼성에스디아이 주식회사 Composite binder composition for secondary battery, cathode and lithium battery containing the binder
US20150221935A1 (en) * 2014-02-05 2015-08-06 GM Global Technology Operations LLC Sulfur based active material for a positive electrode
KR20150093874A (en) 2014-02-07 2015-08-19 고려대학교 산학협력단 Electrode structure for a lithium-sulfur secondary cell and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220006287A (en) 2020-07-08 2022-01-17 한국수력원자력 주식회사 Method for manufacturing a cathode current collector in the form of a slurry

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