KR20190140819A - Slurry including the elastic binder for secondary battery electrode, electrodes including the slurry for secondary battery, and secondary battery including the electrode - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to slurry for a secondary battery electrode, including an elastic binder for binding force of an electrode and high dispersibility of the slurry for the production of high performance secondary battery electrodes. The present invention also relates to an electrode for a secondary battery comprising the same and a secondary battery.

Description

이차전지 전극용 탄성 바인더를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 이차전지{Slurry including the elastic binder for secondary battery electrode, electrodes including the slurry for secondary battery, and secondary battery including the electrode}Slurry for a secondary battery electrode comprising an elastic binder for a secondary battery electrode, a secondary battery electrode and a secondary battery comprising the same {Slurry including the elastic binder for secondary battery electrode, electrodes including the slurry for secondary battery, and secondary battery including the electrode}

본 발명은 이차전지 전극용 탄성 바인더를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 층상계 리튬전이금속 산화물 전극용 탄성 바인더를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry for secondary battery electrodes comprising an elastic binder for secondary battery electrodes, a secondary battery electrode and a secondary battery comprising the same, and more particularly, a secondary battery including an elastic binder for a layered lithium transition metal oxide electrode. It relates to a slurry for an electrode, a secondary battery electrode and a secondary battery comprising the same.

최근 환경오염 문제들로 인해 이산화탄소 저감 및 오염인자를 줄여줄 수 있는 전기자동차에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 측면에서 전기자동차의 핵심 에너지원인 리튬이차전지는 다른 에너지 저장기기들에 비해서 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 전기자동차 개발에 있어 매우 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.Recently, due to environmental pollution issues, interest in electric vehicles that can reduce the carbon dioxide reduction and pollution factors is increasing rapidly. In this respect, lithium secondary batteries, which are the core energy sources of electric vehicles, are expected to play an important role in the development of electric vehicles because they have a higher energy density than other energy storage devices.

특히, 고함량 니켈 조성의 리튬니켈망간코발트(LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2)를 포함하는 층상계 산화물 재료는 높은 에너지 밀도, 낮은 재료 비용, 환경 친화성, 그리고 우수한 안정성 등으로 전기자동차용 이차전지 양극 소재로서 많은 관심 받아온 재료이다. 하지만 고함량 니켈 조성의 층상계 산화물 재료는 본연의 낮은 전기전도성과 니켈-리튬 간의 교환 현상으로 인해 성능 열화의 문제가 있다.Particularly, the layered oxide material containing lithium nickel manganese cobalt (LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 ) having a high nickel content has a high energy density, low material cost, environmental friendliness, and excellent stability. It is a material that has received much attention as a battery positive electrode material. However, the layered oxide material having a high nickel content has a problem of deterioration due to its low electrical conductivity and the exchange phenomenon between nickel and lithium.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 기존 연구진들은 이종원소를 치환하거나 나노크기 재료 합성을 통해 낮은 전기전도성 문제를 해결하려고 하였다. 하지만, 기존 접근법의 경우, 재료합성을 위해 많은 비용이 소요될 수 있으며, 낮은 전극 밀도를 가질 수 있기 때문에 상용화 측면에서 큰 제한점이 있다.To solve this problem, researchers have attempted to solve low electrical conductivity problems by displacing heteroatoms or synthesizing nanoscale materials. However, the existing approach can be expensive for material synthesis and has a large limitation in terms of commercialization because it can have a low electrode density.

하지만, 최근 이차전지 전극 구성요소인 바인더의 변경을 통해 기존 문제점들이 개선될 수 있다는 연구 내용들이 발표되었다. 바인더 재료의 경우, 이차전지 전극에서 낮은 함량을 가지지만 전체 전극 성능에 영향을 주는 핵심 요소이다. 특히, 기 발표된 연구들의 경우, 환경 친화적이며 공정비가 낮은 수계 기반 바인더를 적용, 고함량 니켈 조성의 층상계 산화물 전극 성능을 개선하였다. 하지만, 수계바인더 공정 적용 시, 양극재료의 리튬이온 부식 문제 및 알루미늄 집전체의 부식문제가 발생할 수 있어 여전히 상용화 측면에서 큰 제한점이 되고 있다.However, recent researches have revealed that the existing problems may be improved by changing the binder, which is a secondary battery electrode component. Binder material has a low content in secondary battery electrodes but is a key factor affecting overall electrode performance. In particular, in the published studies, an environmentally friendly and low process cost aqueous-based binder was used to improve the performance of a layered oxide electrode having a high nickel content. However, when the aqueous binder process is applied, lithium ion corrosion problems of the anode material and corrosion problems of the aluminum current collector may occur, and thus they are still major limitations in terms of commercialization.

또한, 현 유기용매 기반 상용 PVDF 바인더의 경우, 높은 고분자량으로 인해 활물질의 응집문제 및 집전체에 대한 접착성이 낮은 문제가 있다. 따라서, 우수한 특성을 가진 고함량 니켈 조성의 층상계 산화물 전극을 제작하기 위해서는, 전기화학적으로 안정할 뿐만 아니라 상용 공정에 즉각 적용 가능한 유기용매 기반 고분자를 발굴 해야 하며, 슬러리의 분산성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 계면을 보호하고 높은 접착력을 가진 다 기능성 고분자를 발굴해야 한다.In addition, the current organic solvent-based commercial PVDF binder, there is a problem of aggregation of the active material and low adhesion to the current collector due to the high molecular weight. Therefore, in order to manufacture a layered oxide electrode having a high nickel content with excellent properties, it is necessary to find an organic solvent-based polymer that is not only electrochemically stable but also immediately applicable to a commercial process, and improves dispersibility of slurry. In addition, it is necessary to find a multifunctional polymer that protects the electrode interface and has high adhesion.

대한민국 등록특허 제10-1320381호Republic of Korea Patent No. 10-1320381

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이차전지 전극의 성능을 향상시키기 위하여 슬러리의 분산성을 향상시킬 수 있으며, 높은 접착력과 전극 계면을 보호 기능의 탄성 바인더를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 이차전지를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-described problems, to improve the dispersibility of the slurry in order to improve the performance of the secondary battery electrode, a slurry for secondary battery electrodes comprising a high elasticity and an elastic binder of the electrode interface protection function To provide a secondary battery electrode and a secondary battery comprising the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명은, 바인더, 활물질 및 도전재를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리로서, The present invention is a slurry for secondary battery electrodes comprising a binder, an active material and a conductive material,

상기 바인더는 전극 내에 수소결합이 가능한 하드 세그먼트 및 폴리올 구조의 소프트 세그먼트를 포함하는 공중합체 고분자를 포함하며,The binder includes a copolymer polymer including a hard segment capable of hydrogen bonding in the electrode and a soft segment having a polyol structure.

상기 이차전지 전극용 슬러리는 0.1 내지 1,000 s-1 범위의 전단 속도의 혼합 공정 시, 슬러리 내에 전단응력(shearing stress)이 발생되어, 활물질 표면에 바인더가 도포되는 것을 특징으로 이차전지 전극용 슬러리를 제공한다.The slurry for secondary battery electrodes is characterized in that the shear stress (shearing stress) is generated in the slurry during the mixing process of the shear rate in the range of 0.1 to 1,000 s -1 , the binder is applied to the surface of the active material to provide.

또한, 본 발명은, 상기 이차전지 전극용 슬러리가 집전체에 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극을 제공한다.In addition, the present invention provides a secondary battery electrode, characterized in that the slurry for secondary battery electrodes is applied to a current collector.

또한, 본 발명은, 이차전지 전극; 및In addition, the present invention, a secondary battery electrode; And

비수성 전해액을 포함하며, 비수성 전해액은 하기 화학식 3의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다:It includes a non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte provides a secondary battery comprising a compound of the formula (3):

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00001
.
Figure pat00001
.

본 발명에 따른 이차전지 전극용 슬러리는 탄성 바인더를 포함하며, 상기 탄성 바인더는 층상계 리튬전이금속산화물, 전도성탄소 및 집전체 재료와 수소결합 가능한 하드 세그먼트를 가지고 있기 때문에 재료간 및 활물질 층과 집전체 간에 높은 접착력을 가지고 있으며, 기계적 특성이 뛰어나다. 아울러, 해당 바인더 재료는 폴리올 형태의 소프트 세그먼트를 가지고 있기 때문에 슬러리 제작과정 중, 분산이 잘되어 유기용매의 사용량을 줄여줄 수 있을 뿐만 아니라 재료의 응집을 최소화할 수 있는 이점이 있다.The slurry for secondary battery electrodes according to the present invention includes an elastic binder, and the elastic binder has a hard segment capable of hydrogen bonding with a layered lithium transition metal oxide, a conductive carbon, and a current collector material, and thus between the materials and the active material layer and the current collector. It has high adhesion between the whole and excellent mechanical properties. In addition, since the binder material has a soft segment in the form of a polyol, it is well dispersed during the slurry manufacturing process, thereby reducing the amount of organic solvent used and also minimizing the aggregation of the material.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 슬러리는 0.1 내지 1,000 s-1 범위의 전단 속도의 혼합 공정 시, 슬러리 내에 전단응력(shearing stress)이 발생되고 바인더의 탄성에서 기인하여, 활물질 표면에 바인더가 균일하게 도포될 수 있다.More specifically, the slurry for secondary battery electrodes according to the present invention is a shearing stress (shearing stress) is generated in the slurry during the mixing process of the shear rate in the range of 0.1 to 1,000 s -1 and due to the elasticity of the binder, The binder may be applied uniformly.

특히, 이차전지 전극용 슬러리의 혼합 공정 시 활물질 표면에 바인더가 균일하게 도포되어 전도성 향상에 따른 속도 특성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있으며, 사이클이 진행됨에 따라 전극과 전해액 간의 직접적인 접촉을 막아주기 때문에 전해액에 의한 열화현상이 억제되어 이차전지의 수명 특성이 향상될 수 있다.In particular, a binder is uniformly coated on the surface of the active material during the mixing process of the slurry for the secondary battery electrode to provide a secondary battery having improved speed characteristics due to improved conductivity, and prevents direct contact between the electrode and the electrolyte as the cycle progresses. Therefore, deterioration of the electrolyte may be suppressed, thereby improving lifetime characteristics of the secondary battery.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 공중합체 고분자 구조를 나타낸 도면이다.
도 2(a)는 본 발명에 따른 탄성 바인더의 공중합체 고분자의 분자 구조와 알루미늄 집전체와의 결합 구조 및 도 (b) 는 Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) 을 통한 분자 작용기 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1에서 제조한 이차전지를 이용하여 이차전지 수명 평가를 진행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 1과 비교예 1에 따른 바인더의 응력-변형율 곡선을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1과 비교예 1에 따른 전극 단면의 필링테스트 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1과 비교예 1에서 제조한 전극 표면을 SEM 으로 촬영한 사진을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예 1과 비교예 1에서 제조한 전극 표면의 XRD 그래프를 나타낸 도면이다.
도 8(a)는 충방전 속도가 변할 때, 실시예 1과 비교예 1의 리튬이차전지의 비용량 변화를 나타내는 그래프이며, 도 8(b)는 실시예 1과 비교예 1의 이차전지용 전극의 순환전압전류법 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 이차전지의 임피던스 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 이차전지의 장기 구동 시 상온 및 고온에서의 용량 유지 특성을 나타내는 그래프이다 ((a) 25℃, (b) 50℃).
도 11은 실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대하여, 전기화학 실험 전/후에 전극 계면의 성분 평가를 진행하기 위하여 XPS 분광 분석 결과를 나타낸 그래프이다((a),(b) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 전기화학 사이클 전, (c),(d) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 사이클 후).
도 12는 실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대하여, 전기화학 실험 전/후에 전극 표면을 SEM 으로 촬영한 사진을 나타낸 도면이다 ((a),(b) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 전기화학 사이클 전, (c),(d) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 사이클 후).
1 is a view showing a copolymer polymer structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 (a) shows the molecular structure of the copolymer polymer of the elastic binder and the bonding structure of the aluminum current collector according to the present invention, and FIG. (B) shows the molecular functional group analysis through Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Drawing.
3 is a view showing the results of the secondary battery life evaluation using the secondary battery prepared in Example 1, Comparative Example 1 of the present invention.
4 is a diagram showing a stress-strain curve of the binder according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
5 is a view showing the peeling test results of the electrode cross-section according to Example 1 and Comparative Example 1.
6 is a view showing a photograph taken by SEM of the electrode surface prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
7 is a graph showing XRD graphs of the electrode surfaces prepared in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
8 (a) is a graph showing the change in specific capacity of the lithium secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1 when the charge-discharge rate is changed, Figure 8 (b) is a secondary battery electrode of Example 1 and Comparative Example 1 The graph shows the results of cyclic voltammetry analysis.
9 is a view showing the impedance analysis results of the secondary battery manufactured in Example 1 and Comparative Example 1.
10 is a graph showing capacity retention characteristics at room temperature and high temperature during long-term operation of the secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 ((a) 25 ℃, (b) 50 ℃).
FIG. 11 is a graph showing the results of XPS spectroscopic analysis on the electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 before and after the electrochemical experiment to evaluate the components of the electrode interface ((a), (b) Comparative Example 1 and Example 1 Before the electrochemical cycle of the electrode, (c), (d) after the cycle of Comparative Example 1 and Example 1 electrode).
12 is a view showing SEM photographs of electrode surfaces before and after an electrochemical experiment with respect to the electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 ((a), (b) of Comparative Example 1 and Example 1 electrodes) Before the electrochemical cycle, (c), (d) after the cycles of Comparative Example 1 and Example 1 electrodes).

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

본 발명은 이차전지 전극용 탄성 바인더를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a slurry for secondary battery electrodes comprising an elastic binder for secondary battery electrodes, a secondary battery electrode and a secondary battery comprising the same.

종래에, 상용 PVDF 바인더의 경우, 높은 고분자량으로 인하여 활물질의 응집문제 및 집전체에 대한 접착력이 낮은 문제가 있었다. 따라서, 우수한 특성을 가진 이차전지 전극을 제작하기 위해서는, 전기화학적으로 안정할 뿐만 아니라 상용 공정에 즉각 적용 가능한 유기용매 기반 고분자를 발굴해야 하며, 특히, 슬러리의 분산성을 향상시킬 수 있으며, 높은 접착력을 가진 다 기능성 고분자에 대한 연구가 필요한 실정이다. Conventionally, in the case of commercial PVDF binders, there are problems of aggregation of the active material and low adhesion to the current collector due to the high molecular weight. Therefore, in order to fabricate a secondary battery electrode having excellent characteristics, it is necessary to find an organic solvent-based polymer that is not only electrochemically stable but also immediately applicable to a commercial process. In particular, it is possible to improve the dispersibility of the slurry and to provide high adhesion. There is a need for research on multifunctional polymers having a high molecular weight.

이에 본 발명은 전극 내에 수소결합이 가능한 하드 세그먼트 및 폴리올 구조의 소프트 세그먼트를 포함하는 공중합체 고분자인 바인더를 포함하는 슬러리를 제공하며, 특히, 상기 슬러리는 0.1 내지 1,000 s-1 범위의 전단 속도의 혼합 공정 시, 슬러리 내에 전단응력(shearing stress)이 발생되어, 활물질 표면에 바인더가 도포되는 것을 특징으로 이차전지 전극용 슬러리를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a slurry comprising a binder which is a copolymer polymer comprising a hard segment capable of hydrogen bonding and a soft segment having a polyol structure in the electrode, and in particular, the slurry has a shear rate in the range of 0.1 to 1,000 s −1 . During the mixing process, shearing stress is generated in the slurry, and a binder is applied to the surface of the active material, thereby providing a slurry for secondary battery electrodes.

나아가, 상기 슬러리를 포함하는 이차전지용 전극 및 이차전지를 제공한다.Furthermore, it provides a secondary battery electrode and a secondary battery comprising the slurry.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은, 바인더, 활물질 및 도전재를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리로서, The present invention is a slurry for secondary battery electrodes comprising a binder, an active material and a conductive material,

상기 바인더는 전극 내에 수소결합이 가능한 하드 세그먼트 및 폴리올 구조의 소프트 세그먼트를 포함하는 공중합체 고분자를 포함하며,The binder includes a copolymer polymer including a hard segment capable of hydrogen bonding in the electrode and a soft segment having a polyol structure.

상기 이차전지 전극용 슬러리는 0.1 내지 1,000 s-1 범위의 전단 속도의 혼합 공정 시, 슬러리 내에 전단응력(shearing stress)이 발생되어, 활물질 표면에 바인더가 도포되는 것을 특징으로 이차전지 전극용 슬러리를 제공한다.The slurry for secondary battery electrodes is characterized in that the shear stress (shearing stress) is generated in the slurry during the mixing process of the shear rate in the range of 0.1 to 1,000 s -1 , the binder is applied to the surface of the active material to provide.

이차전지 전극용 슬러리는 바인더의 공중합체 고분자와 활물질 및 도전재를 유기 용매 상에서 혼합하여 제조될 수 있으며, 상기 슬러리의 혼합 과정에서의 이차전지 전극용 슬러리는 0.1 내지 1,000 s-1 의 전단 속도에서, 평균 20 내지 1100 Pa 범위의 전단응력(shearing stress)이 발생될 수 있으며, 이차전지 전극용 슬러리는 20 내지 1100 Pa 범위의 전단응력(shearing stress)에서, 양극 활물질 표면에 이차전지 전극용 탄성 바인더가 도포될 수 있다. 보다 상세하게는 1 내지 500 s-1 의 전단 속도에서, 평균 63 내지 660 Pa 범위의 전단응력이 발생할 수 있으며, 10 내지 100 s-1 의 전단 속도에서, 평균 111 내지 224 Pa 범위의 전단응력이 발생할 수 있다. 예를 들면, 전단속도 46.4 s-1 에서 141.1 Pa 의 전단응력이 발생되어, 활물질의 표면에 바인더가 도포될 수 있다. 한편, 전단응력이 범위의 최소값보다 작을 경우, 바인더의 활물질 표면 도포 기능이 약화되고 슬러리의 분산도가 낮아질 수 있으며, 전단응력 범위의 최대값을 넘어서면, 활물질 입자의 반응기 벽과의 충돌, 활물질 간의 충돌, 혹은 슬러리 과열로 인해 활물질 구조 손상의 문제가 발생한다.The slurry for secondary battery electrodes may be prepared by mixing a copolymer polymer of an binder, an active material and a conductive material in an organic solvent, and the slurry for secondary battery electrodes in the mixing process of the slurry may be prepared at a shear rate of 0.1 to 1,000 s −1 . In addition, an average shear stress in a range of 20 to 1100 Pa may be generated, and a slurry for secondary battery electrodes may be formed at a shear stress in a range of 20 to 1100 Pa. Can be applied. More specifically, at a shear rate of 1 to 500 s −1 , shear stress in an average range of 63 to 660 Pa may occur, and at a shear rate of 10 to 100 s −1 , a shear stress in an average of 111 to 224 Pa ranges. May occur. For example, a shear stress of 141.1 Pa is generated at a shear rate of 46.4 s −1 , so that the binder may be applied to the surface of the active material. On the other hand, if the shear stress is less than the minimum value of the range, the surface coating function of the active material of the binder may be weakened and the dispersion of the slurry may be lowered. If the shear stress is exceeded, the collision of the active material particles with the reactor wall, the active material The problem of damage to the active material structure occurs due to collision between or overheating the slurry.

특정 양태로서, 상술한 탄성 바인더의 공중합체 고분자에 포함된 작용기로 인하여 활물질과의 강한 결합력과 상기 탄성 바인더의 연신율(탄성력)에 의해서 활물질의 표면에 고분자 필름막 형태로 도포될 수 있는 것이다. 또한, 이러한 특성에 의하여 바인더가 슬러리 내에서 고르게 분산될 수 있다.In a particular embodiment, due to the functional group contained in the copolymer polymer of the elastic binder described above, it can be applied to the surface of the active material in the form of a polymer film by the strong bonding strength with the active material and the elongation (elastic force) of the elastic binder. In addition, the binder allows the binder to be evenly dispersed in the slurry.

나아가, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 슬러리의 점도는 25℃에서, 500 내지 250,000 cP 범위인 것을 특징으로 한다. 이차전지 전극용 슬러리의 점도는 500 내지 250,000 cP 범위, 1,000 내지 240,000 cP 범위, 10,000 내지 220,000 cP 범위, 50,000 내지 200,000 cP 범위, 또는 130,000 내지 180,000 cP 범위일 수 있다. 한편, 슬러리의 점도가 500 cP 미만인 경우, 코팅된 전극이 집전체와의 결착이 약하고, 전극 두께를 증가 시키는데 한계가 있으며, 슬러리 점도가 250,000 cP 를 초과하는 경우, 점도가 너무 높아 슬러리 내의 구성 요소들의 분산성이 현저히 떨어질 수 있다.Furthermore, the viscosity of the slurry for secondary battery electrodes according to the present invention is characterized in that the range of 500 to 250,000 cP at 25 ℃. The viscosity of the slurry for secondary battery electrodes may be in the range of 500 to 250,000 cP, in the range of 1,000 to 240,000 cP, in the range of 10,000 to 220,000 cP, in the range of 50,000 to 200,000 cP, or in the range of 130,000 to 180,000 cP. On the other hand, when the viscosity of the slurry is less than 500 cP, the coated electrode is weakly bound with the current collector, there is a limit to increasing the electrode thickness, and when the slurry viscosity is more than 250,000 cP, the viscosity is too high, the components in the slurry Their dispersibility may be significantly reduced.

즉, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 슬러리는 상술한 범위 이내의 슬러리 점도를 유지할 수 있으며, 슬러리의 믹싱 공정에서 적절한 점도를 가질 수 있다. 또한, 이후 압연 과정에서 결착력이 향상될 수 있다.That is, the slurry for secondary battery electrodes according to the present invention may maintain the slurry viscosity within the above-described range, it may have a suitable viscosity in the mixing process of the slurry. In addition, the binding force may be improved in the subsequent rolling process.

한편, 상기 슬러리가 전극에 적용 될 때, 상기 활물질 표면의 고분자 필름막은 보호층으로 작용될 수 있으며, 사이클이 진행됨에 따라 전극과 전해액 간의 직접적인 접촉을 막아주기 때문에 전해액에 의한 열화현상이 억제되어 수명 특성 등이 향상되는 이차전지를 제공할 수 있다.On the other hand, when the slurry is applied to the electrode, the polymer film film on the surface of the active material can act as a protective layer, and as the cycle progresses to prevent direct contact between the electrode and the electrolyte, deterioration due to the electrolyte is suppressed and thus lifespan A secondary battery having improved characteristics and the like can be provided.

바인더는 탄성 바인더로, 전극 내에 수소결합이 가능한 하드 세그먼트 및 폴리올 구조의 소프트 세그먼트를 포함하는 공중합체 고분자이며, 탄성계수(modulus of elasticity)는 100 MPa 이하이며, 연신율은 50 % 이상인 공중합체 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.The binder is an elastic binder and is a copolymer polymer including a hard segment and a polyol soft segment capable of hydrogen bonding in an electrode, and a modulus of elasticity of 100 MPa or less and an elongation of 50% or more of the copolymer polymer. It is characterized by including.

본 발명에서 "탄성 바인더"는 소정의 탄성계수를 갖는 이차전지 전극용 고분자 바인더를 의미하는 것으로, 보다 상세하게는 탄성계수가 100 MPa 이하이며, 연신율은 50 % 이상인 공중합체 고분자를 포함하는 이차전지 전극용 고분자 바인더를 의미할 수 있다.In the present invention, "elastic binder" refers to a polymer binder for secondary battery electrodes having a predetermined elastic modulus, and more specifically, a secondary battery including a copolymer polymer having an elastic modulus of 100 MPa or less and an elongation of 50% or more. It may mean a polymer binder for an electrode.

보다 구체적으로, 공중합체 고분자의 탄성계수는 500 kPa 내지 100 MPa 범위, 600 kPa 내지 80 MPa 범위, 800 kPa 내지 60 MPa 범위, 1 내지 40 MPa 범위, 1 내지 25 MPa 범위 또는 2 내지 10 MPa 범위일 수 있다. 특히, 전극용 탄성 바인더는 상술한 탄성계수를 갖는 공중합체 고분자를 포함하여, 연신율이 매우 우수할 수 있다. 보다 구체적으로, 공중합체 고분자의 연신율은 50 % 이상일 수 있으며, 50 내지 1000 % 또는 50 내지 950 % 범위일 수 있다.More specifically, the modulus of elasticity of the copolymer polymer may be in the range of 500 kPa to 100 MPa, 600 kPa to 80 MPa, 800 kPa to 60 MPa, 1 to 40 MPa, 1 to 25 MPa or 2 to 10 MPa Can be. In particular, the elastic binder for the electrode may include a copolymer polymer having the above-described elastic modulus, so that the elongation may be excellent. More specifically, the elongation of the copolymer polymer may be 50% or more, and may range from 50 to 1000% or 50 to 950%.

상기 탄성계수 및 연신율은, 바인더를 JIS K-6301 TYPE 1 의 규격의 시편으로 제조한 후, 5 mm/min 의 조건의 인장 응력 시험을 통하여 응력-변형률 곡선으로부터 구해질 수 있다. 구체적으로, 공중합체 고분자를 필름화시킨 후, 필름의 평균 두께가 80 내지 95 ㎛ 이고, 가로 0.3 cm 및 세로 2.7 cm 일 때, 상기 필름의 탄성계수는 500 kPa 내지 100 MPa 이고, 연신율은 50 내지 950 % 범위일 수 있다. 예를 들면, 상기 조건일 때, 탄성계수는 약 4 MPa 이고, 연신율은 약 920 % 일 수 있다. The modulus of elasticity and elongation can be obtained from a stress-strain curve through a tensile stress test under a condition of 5 mm / min after the binder is prepared from specimens of JIS K-6301 TYPE 1 specifications. Specifically, after filming the copolymer polymer, when the average thickness of the film is 80 to 95 ㎛, 0.3 cm horizontal and 2.7 cm vertical, the elastic modulus of the film is 500 kPa to 100 MPa, the elongation is 50 to 950% range. For example, under the above conditions, the modulus of elasticity may be about 4 MPa and the elongation may be about 920%.

본 발명에서, '탄성계수(modulus of elasticity)' 는 탄성 물질이 응력을 받았을 때 일어나는 변형률의 정도를 나타낸 것으로서, 물질이 압력에 저항하는 정도를 의미한다. 즉, 변형이 잘 일어나는 탄성 물질일수록 낮은 탄성계수 값을 가질 수 있다.In the present invention, 'modulus of elasticity' refers to the degree of strain occurring when the elastic material is stressed, and means the degree to which the material resists pressure. That is, the elastic material that is more easily deformed may have a lower modulus of elasticity.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 공중합체 고분자 구조를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a copolymer polymer structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄성 고분자 바인더는 전극 내에 수소결합이 가능한 하드 세그먼트 및 폴리올 구조의 소프트 세그먼트를 포함하는 공중합체 고분자이다.Referring to FIG. 1, the elastic polymer binder according to the present invention is a copolymer polymer including a hard segment and a soft segment having a polyol structure in the electrode.

상기 공중합체 고분자가 포함된 전극은 전해액 내의 하기 화학식 3 화합물 혹은 전해액과 반응하여 폴리카보네이트 계열의 전극 계면막을 형성할 수 있다.The electrode including the copolymer polymer may be reacted with the following Formula 3 compound or electrolyte in the electrolyte to form a polycarbonate-based electrode interfacial film.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00002
.
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또는, 상기 공중합체 고분자가 포함된 전극은 전기화학 반응 시 위의 화학식3의 화합물 혹은 전해액 내 리튬염이 참여하는 반응에 의해 LixPFy 및 LixPOyFz 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분의 전극 계면막을 형성하는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the electrode containing the copolymer polymer is at least selected from the group consisting of Li x PF y and Li x PO y F z by the reaction of the compound of Formula 3 or the lithium salt in the electrolyte during electrochemical reaction An electrode interfacial film of one component is formed.

상기 공중합체 고분자의 수평균 분자량은 140,000 내지 1,000,000 g mol-1 일 수 있다.The number average molecular weight of the copolymer polymer may be 140,000 to 1,000,000 g mol −1 .

상기 하드 세그먼트는 방향족 우레탄 및 방향족 우레아 결합을 포함하며, 상기 소프트 세그먼트는 중량평균 분자량이 1,000 내지 3,000 g mol-1 인 지방족 폴리올 화합물을 사용할 수 있으며, 상기 지방족 폴리올이 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올, 폴리카프로락톤디올 및 에틸렌-프로필렌 글리콜 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The hard segment includes an aromatic urethane and an aromatic urea bond, and the soft segment may use an aliphatic polyol compound having a weight average molecular weight of 1,000 to 3,000 g mol −1 , wherein the aliphatic polyol is polyethylene glycol, polytetramethylene ether glycol It may be at least one selected from the group consisting of polypropylene glycol, polycarbonate diol, polycaprolactone diol and ethylene-propylene glycol copolymer.

도 2(a)는 본 발명에 따른 탄성 바인더의 공중합체 고분자의 분자 구조 및 도 2(b) 는 Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) 을 통한 분자 작용기 분석 결과를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 고분자는 소프트-하드 세그먼트로 상분리 될 수 있는 구조이며, 상기 하드 세그먼트의 우레아 및 우레탄 작용기를 통해 전극 활물질과 수소결합 할 수 있는 구조이다. Figure 2 (a) is a view showing the molecular structure of the copolymer polymer of the elastic binder according to the invention and Figure 2 (b) shows the results of molecular functional group analysis through Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Referring to Figure 2, the polymer is a structure that can be phase-separated into soft-hard segments, a structure capable of hydrogen bonding with the electrode active material through the urea and urethane functional groups of the hard segment.

아울러, 활물질은 하기 화학식 1 및 화학식 2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다:In addition, the active material may include at least one lithium metal oxide selected from the group consisting of Formula 1 and Formula 2:

[화학식 1][Formula 1]

LiNixMnyCozAlwO2 LiNi x Mn y Co z Al w O 2

상기 화학식 1에서, 0≤x≤1 이고, y는 0≤y≤1 이고, 0≤z≤1 이고, w는 0≤w≤0.15 이고, x+y+z+w=1 이다In Formula 1, 0 ≦ x ≦ 1, y is 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, w is 0 ≦ w ≦ 0.15, and x + y + z + w = 1.

[화학식 2][Formula 2]

LiFexMnyPO4 LiFe x Mn y PO 4

상기 화학식 2에서, 0≤x≤1 이고, 0≤y≤1 이고, x+y=1 이다.In Formula 2, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and x + y = 1.

보다 구체적으로, 활물질은 층상계 리튬전이금속 산화물(LiNixMnyCozAlwO2) 일 수 있으며, 또는 올리빈 계열의 인산철 (LiFexMnyPO4) 일 수 있고, 또는 상기 층상계 리튬전이금속 산화물과 올리빈 계열의 인산철의 조합일 수 있다. 하나의 예로, 상기 리튬전이금속 산화물은 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 또는 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2일수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.More specifically, the active material may be a layered lithium transition metal oxide (LiNi x Mn y Co z Al w O 2 ), or olivine-based iron phosphate (LiFe x Mn y PO 4 ), or the layer It may be a combination of a phase-based lithium transition metal oxide and an olivine-based iron phosphate. As one example, the lithium transition metal oxide may be LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 or LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , but is not limited thereto.

한편, 바인더는 활물질의 전체중량에 대하여 0.2 내지 15 중량% 를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 바인더는 활물질의 전체중량에 대하여 0.2 내지 15 중량%, 1.2 내지 10 중량 %, 1.4 내지 5 중량%, 1.5 내지 3 중량% 또는 1.6 내지 3.1 중량 % 일 수 있으며, 또는 3.0 중량 %, 또는 2.0 중량 % 일 수 있다. 한편, 바인더가 상기 중량 범위일 때, 효율이 높은 이차전지를 구현할 수 있다.On the other hand, the binder may comprise 0.2 to 15% by weight based on the total weight of the active material. More specifically, the binder may be 0.2 to 15 wt%, 1.2 to 10 wt%, 1.4 to 5 wt%, 1.5 to 3 wt% or 1.6 to 3.1 wt%, or 3.0 wt%, based on the total weight of the active material Or 2.0 wt%. On the other hand, when the binder is in the weight range, it is possible to implement a secondary battery with high efficiency.

또한, 본 발명은 상기 이차전지 전극용 슬러리가 집전체에 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극을 제공한다. 구체적으로, 전극의 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질을 포함하는 슬러리가 도포될 수 있다.In addition, the present invention provides a secondary battery electrode, characterized in that the slurry for secondary battery electrodes is applied to the current collector. Specifically, the positive electrode of the electrode may be a slurry containing a positive electrode active material on the positive electrode current collector.

특히, 전극의 표면에 도포된 바인더는 전극의 계면을 보호할 수 있으며, 이에 따라 성능 열화 등을 억제할 수 있다.In particular, the binder applied to the surface of the electrode can protect the interface of the electrode, thereby suppressing performance deterioration and the like.

본 발명에서, 양극 활물질은 하기 화학식 1 및 화학식 2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다:In the present invention, the cathode active material may include at least one lithium metal oxide selected from the group consisting of Formula 1 and Formula 2:

[화학식 1][Formula 1]

LiNixMnyCozAlwO2 LiNi x Mn y Co z Al w O 2

상기 화학식 1에서, 0≤x≤1 이고, y는 0≤y≤1 이고, 0≤z≤1 이고, w는 0≤w≤0.15 이고, x+y+z+w=1 이다In Formula 1, 0 ≦ x ≦ 1, y is 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, w is 0 ≦ w ≦ 0.15, and x + y + z + w = 1.

[화학식 2][Formula 2]

LiFexMnyPO4 LiFe x Mn y PO 4

상기 화학식 2에서, 0≤x≤1 이고, 0≤y≤1 이고, x+y=1 이다.In Formula 2, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and x + y = 1.

보다 구체적으로, 활물질은 층상계 리튬전이금속 산화물(LiNixMnyCozAlwO2) 일 수 있으며, 또는 올리빈 계열의 인산철 (LiFexMnyPO4) 일 수 있고, 또는 상기 층상계 리튬전이금속 산화물과 올리빈 계열의 인산철의 조합일 수 있다.More specifically, the active material may be a layered lithium transition metal oxide (LiNi x Mn y Co z Al w O 2 ), or olivine-based iron phosphate (LiFe x Mn y PO 4 ), or the layer It may be a combination of a phase-based lithium transition metal oxide and an olivine-based iron phosphate.

양극 바인더로는 상기 공중합체 바인더를 사용할 수 있다.The copolymer binder may be used as the positive electrode binder.

상기 양극 집전체로는 당해 기술분야에서 집전체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하고, 구체적으로 우수한 도전성을 갖는 알루미늄 포일, 발포 알루미늄, 발포니켈 등을 사용하는 것이 바람직하다.As the cathode current collector, any one that can be used as a current collector in the art may be used. Specifically, it is preferable to use aluminum foil, foamed aluminum, foamed nickel, and the like having excellent conductivity.

상기 도전재는 다공성일 수 있다. 따라서, 상기 도전재로 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있다. 이와 같은 탄소계 물질로는 카본 블랙, 그라파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소 섬유, 카본 나노튜브 등을 사용할 수 있다. 또한, 금속 메쉬 등의 금속성 섬유, 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료도 사용할 수 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.The conductive material may be porous. Therefore, the conductive material may be used without limitation as long as it has porosity and conductivity, and for example, a carbon-based material having porosity may be used. As such a carbon-based material, carbon black, graphite, graphene, activated carbon, carbon fiber, carbon nanotube, or the like can be used. Moreover, organic conductive materials, such as metallic fibers, such as a metal mesh, metallic powders, such as copper, silver, nickel, and aluminum, or a polyphenylene derivative, can also be used. The conductive materials may be used alone or in combination.

상기와 같은 양극은 통상의 방법에 따라 제조될 수 있으며, 구체적으로는 양극 활물질과 상기 도전재 및 상기 바인더를 유기 용매 상에서 혼합하여 제조한 양극 활물질층 형성용 슬러리를 집전체 위에 도포 및 건조하고, 선택적으로 전극 밀도의 향상을 위하여 집전체에 압착하여 제조할 수 있다. 이때 상기 유기 용매로는 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 N-메틸-2-피롤리돈, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라히드로퓨란, 이소프로필알코올 등을 사용할 수 있다.The positive electrode as described above may be manufactured according to a conventional method, and specifically, the positive electrode active material layer forming slurry prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder on an organic solvent is applied and dried on a current collector, Optionally, it may be manufactured by pressing the current collector in order to improve the electrode density. In this case, the organic solvent may uniformly disperse the positive electrode active material, the binder, and the conductive material, and preferably evaporates easily. Specifically, N-methyl-2-pyrrolidone, acetonitrile, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, isopropyl alcohol, etc. can be used.

또한, 본 발명에서 전지 내의 음극은 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질을 포함한다.In addition, in the present invention, the negative electrode in the battery includes a negative electrode active material formed on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 구체적으로 구리, 스테인리스스틸, 티타늄, 은, 팔라듐, 니켈, 이들의 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 스테인리스스틸은 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면 처리될 수 있으며, 상기 합금으로는 알루미늄-카드뮴 합금을 사용할 수 있다. 그 외에도 소성 탄소, 도전재로 표면 처리된 비전도성 고분자, 또는 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다.The negative electrode current collector may be specifically selected from the group consisting of copper, stainless steel, titanium, silver, palladium, nickel, alloys thereof, and combinations thereof. The stainless steel may be surface treated with carbon, nickel, titanium, or silver, and an aluminum-cadmium alloy may be used as the alloy. In addition, calcined carbon, a non-conductive polymer surface-treated with a conductive material, or a conductive polymer may be used.

상기 음극 활물질로는 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 흡장(Intercalation) 또는 방출(Deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용할 수 있다. 상기 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 흡장 또는 방출할 수 있는 물질은 예컨대 결정질 탄소, 비정질 탄소, 리튬타이타니윰산화물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 리튬 이온(Li+)과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트, 실리콘, 실리콘 산화물, 또는 실리콘-탄소 복합체 일 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬(Li)과 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 알루미늄(Al) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다.As the negative active material, a material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions (Li + ), a material capable of reacting with lithium ions to form a reversibly lithium-containing compound, a lithium metal or a lithium alloy Can be used. The material capable of reversibly occluding or releasing the lithium ions (Li + ) may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, lithium titanium oxide, or a mixture thereof. The material capable of reacting with lithium ions (Li + ) to form a reversibly lithium-containing compound may be, for example, tin oxide, titanium nitrate, silicon, silicon oxide, or silicon-carbon composite. The lithium alloy is, for example, lithium (Li) and sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Fr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium ( It may be an alloy of a metal selected from the group consisting of Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), aluminum (Al) and tin (Sn).

상기 음극은 음극 활물질과 도전재의 결합과 집전체에 대한 결합을 위하여 바인더를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 바인더는 앞서 양극의 바인더에서 설명한 바와 동일하다.The negative electrode may further include a binder for coupling the negative electrode active material and the conductive material and the current collector. Specifically, the binder is the same as described above for the binder of the positive electrode.

분리막은 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서, 통상의 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해액의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다.The separator is a physical separator having a function of physically separating the electrode, and can be used without particular limitation as long as it is used as a conventional separator, and in particular, it is preferable that the separator is low in resistance to electrolyte migration and has excellent electrolyte-moisture capability.

또한, 상기 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키면서 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 한다. 상기 분리막은 다공성이고, 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 분리막은 필름과 같은 독립적인 부재이거나, 또는 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수 있다.In addition, the separator enables the transport of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode while separating or insulating the positive electrode and the negative electrode from each other. The separator may be made of a porous, non-conductive or insulating material, and the separator may be an independent member such as a film or a coating layer added to the anode and / or the cathode.

구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메 타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer may be used. These may be used alone or in combination thereof, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a non-woven fabric made of high melting glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, or the like may be used, but is not limited thereto.

아울러, 본 발명은 상기 이차전지 전극 및 비수성 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a secondary battery comprising the secondary battery electrode and a non-aqueous electrolyte.

상기 비수성 전해액은 하기 화학식 3의 화합물을 포함한다.The non-aqueous electrolyte solution includes a compound of Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00003
.
Figure pat00003
.

상기 화학식 3의 함량은 상기 비수성 전해액 중 0.1 내지 15.0 중량% 일 수 있다.The content of Chemical Formula 3 may be 0.1 to 15.0 wt% in the non-aqueous electrolyte.

또한, 상기 비수성 전해액은 리튬염을 함유하며, 리튬염과 용매로 구성되어 있고, 용매로는 비수계 유기 용매, 유기 고체 전해액 및 무기 고체 전해액 등을 사용할 수 있다.In addition, the non-aqueous electrolyte contains a lithium salt, and is composed of a lithium salt and a solvent, and a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like can be used as the solvent.

상기 리튬염은 비수계 유기 용매에 쉽게 용해될 수 있는 물질로서, 예컨대, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiB(Ph)4, LiC4BO8, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSO3CH3, LiSO3CF3, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.The lithium salt is a material that can be easily dissolved in a non-aqueous organic solvent, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiB (Ph) 4 , LiC 4 BO 8 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiSO 3 CH 3, LiSO 3 CF 3, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN It may be at least one selected from the group consisting of (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 , lithium chloroborane, lower aliphatic lithium carbonate, lithium phenyl borate, imide.

상기 리튬염의 농도는, 전해액 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 리튬-황 전지 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 0.1 내지 6.0M, 바람직하기로 0.5M 내지 2.0M일 수 있다. 만약, 상기 리튬염의 농도가 상기 범위 미만이면 전해액의 전도도가 낮아져서 전지 성능이 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온(Li+)의 이동성이 감소될 수 있으므로 상기 범위 내에서 적정 농도를 선택하는 것이 바람직하다.The concentration of the lithium salt is 0.1 to 6.0, depending on several factors such as the exact composition of the electrolyte mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the battery, the operating temperature and other factors known in the lithium-sulfur battery field. M, preferably 0.5M to 2.0M. If the concentration of the lithium salt is less than the above range, the conductivity of the electrolyte may be lowered, thereby degrading battery performance. If the lithium salt is more than the above range, the viscosity of the electrolyte may increase, thereby reducing the mobility of lithium ions (Li + ). It is preferable to select an appropriate concentration at.

상기 비수계 유기 용매는 리튬염을 잘 용해시킬 수 있는 물질로서, 바람직하기로 N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 1-에톡시-2-메톡시 에탄, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기 용매가 사용될 수 있으며, 이들 중 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매 형태로 사용할 수 있다.The non-aqueous organic solvent is a substance capable of dissolving lithium salt well, preferably N-methyl-2-pyrrolidone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate , Diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butylo lactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, 1-ethoxy-2-methoxy ethane, tetraethylene glycol dimethyl ether, Tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxene, diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, pros Acid methyl, may be used an aprotic organic solvent, e.g., ethyl, can be used in one or two or more types mixed solvent of them.

상기 유기 고체 전해액으로는 바람직하기로, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(Agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 사용할 수 있다.Preferably, the organic solid electrolyte is a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, ionic Polymers containing a dissociation group and the like can be used.

본 발명의 무기 고체 전해액으로는 바람직하기로, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등을 사용할 수 있다.As the inorganic solid electrolyte of the present invention, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 Nitrides, halides, sulfates, and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, and the like.

상기 바인더의 공중합체 고분자는 상기 화학식 3의 화합물과 반응하여 폴리카보네이트 계열의 전극 계면막을 형성할 수 있으며, 상기 바인더는 상기 전극의 0.2 내지 15 중량%일 수 있다.The copolymer polymer of the binder may react with the compound of Formula 3 to form a polycarbonate-based electrode interface film, the binder may be 0.2 to 15% by weight of the electrode.

또는, 바인더의 공중합체 고분자를 포함하는 전극은 화학식 3의 화합물 혹은 리튬염이 참여하는 반응에 의해 LixPFy 및 LixPOyFz 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분의 전극 계면막을 형성할 수 있다.Alternatively, an electrode including a copolymer polymer of a binder may include an electrode interfacial film of at least one component selected from the group consisting of Li x PF y and Li x PO y F z by a reaction involving a compound of Formula 3 or a lithium salt. Can be formed.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are only illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.

<실시예><Example>

실시예 1. Example 1.

(이차전지 전극용 슬러리의 제조) (Production of Slurry for Secondary Battery Electrode)

도 1에 개시된 공중합체 고분자를 방향족 다이소시아네이트(Diisocyanate)와 글리콜(Glycol) 및 다이아민(Diamine) 간의 축합중합을 통해 우레탄 및 우레아 결합 형성을 유도하여 제조하였다. 그리고, 양극 활물질로 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811), 도전재로 카본블랙(Super P), 실시예 1의 바인더를 사용하여 94:4:2 의 중량비로 하여 용제인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 한편, 혼합과정에서 0.1 ~ 1,000 s-1 의 속도로 혼합하였으며, 이때 전단응력이 21.1 ~1,071 Pa 가 발생하였다.The copolymer polymer disclosed in FIG. 1 was prepared by inducing urethane and urea bond formation through condensation polymerization between aromatic diisocyanate, glycol, and diamine. Then, using a binder of Example 1, LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (NCM811) as the cathode active material, carbon black (Super P) as the conductive material, and the binder of Example 1, N-methyl- as a solvent was used. A positive electrode slurry was prepared by addition to 2-pyrrolidone (NMP). On the other hand, during the mixing process was mixed at a speed of 0.1 ~ 1,000 s -1 , wherein the shear stress 21.1 ~ 1,071 Pa occurred.

(전극 제조)(Electrode manufacture)

상기 양극 슬러리를 양극 집전체의 알루미늄 박막의 일면에 도포, 건조, 및 프레스를 실시하여, 95 ㎛ 두께의 활물질 층을 갖는 단면 양극을 제조하였다.The positive electrode slurry was applied to one surface of the aluminum thin film of the positive electrode current collector, dried, and pressed to prepare a single-sided positive electrode having an active material layer having a thickness of 95 μm.

(이차전지의 제조)(Manufacture of secondary battery)

상기에서 제조한 전극을 포함하는 이차전지를 제조하였다. 이때, 사용된 이차 전지의 구성은 하기의 표 1과 같다.A secondary battery including the electrode prepared above was manufactured. At this time, the configuration of the secondary battery used is shown in Table 1 below.

Working electrodeWorking electrode NCM811/super P/(PVDF or Elastic binder)NCM811 / super P / (PVDF or Elastic binder) Counter electrodeCounter electrode Lithium metalLithium metal ElectrolyteElectrolyte 1 M LiPF6 in EC/DMC (v/v=1/1) + 10 wt.% FEC1 M LiPF 6 in EC / DMC (v / v = 1/1) + 10 wt.% FEC separatorseparator PEPE

비교예 1.Comparative Example 1.

바인더로 PVDF 를 사용한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다.An electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that PVDF was used as the binder.

<실험예>Experimental Example

실험예 1. 바인더의 종류 및 조성에 따른 안정성 평가Experimental Example 1. Evaluation of stability according to the type and composition of the binder

실시예 1, 비교예 1에서 제조한 이차전지 전극을 이용하여 해당 전극의 안정성 평가를 실시하였다.The stability evaluation of this electrode was performed using the secondary battery electrode manufactured in Example 1 and the comparative example 1.

이때, 활물질 로딩은 14 mg cm-2로 하여 실시하였다. 실험 시 첫 사이클은 0.1C로 수행하였으며 다음 사이클부터 0.5C로 전류를 공급하여 실시하였다. 이에 따라 cycle retention은 2번째 사이클과 마지막 사이클의 용량을 기준으로 계산하였다. 그리고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.At this time, the active material loading was carried out to 14 mg cm -2 . In the experiment, the first cycle was performed at 0.1C, and the current cycle was performed at 0.5C from the next cycle. Thus, cycle retention was calculated based on the capacity of the second and last cycle. And the result is shown in FIG.

도 3에 나타난 실험결과의 전압범위는 2.8~4.3V이며, 4.5~4.7V에서 까지 cut-off voltage를 설정할 경우, 사이클 리텐션 감소 현상이 더해지는 것을 확인하 였다(미도시).The voltage range of the experimental results shown in Figure 3 is 2.8 ~ 4.3V, when the cut-off voltage is set to 4.5 ~ 4.7V, it was confirmed that the reduction of the cycle retention is added (not shown).

실험예 2. 바인더에 따른 슬러리 물성 비교Experimental Example 2 Comparison of Slurry Properties by Binder

실시예 1과 비교예 1에서의 슬러리의 점도와 전단응력을 측정하였다. 점도 측정은 점도계(HBDV II+, Brookfield, USA) 에 어댑터(small sample adaptor) 및 항온조를 설치하여 22℃ 온도가 일정하게 유지되도록 한 후 스핀들로 전단속도에 따라 측정하였다. 그리고, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.The viscosity and shear stress of the slurry in Example 1 and Comparative Example 1 were measured. Viscosity was measured by installing a small sample adapter and a thermostat in a viscometer (HBDV II +, Brookfield, USA) to maintain a constant 22 ° C temperature, and then measuring the shear rate with a spindle. The results are shown in Table 2 below.

전단 속도(s-1)
[0.1 ~ 1,000]
Shear rate (s -1 )
[0.1-1,000]
점도 (cP)Viscosity (cP) 전단응력(Pa)Shear stress (Pa)
실시예 1의 슬러리Slurry of Example 1 1,071 ~ 211,0001,071-211,000 21.1 ~ 1,07121.1 to 1,071 비교예 1의 슬러리Slurry of Comparative Example 1 521 ~ 122,700521 to 122,700 12.27 ~ 521.812.27 ~ 521.8 * 전단응력 = 점도 × 전단속도
* 슬러리 제조 시 전극 고형분 간 중량 비율, NCM811:카본블랙 (Super P):바인더 = 94:4:2
* 슬러리 제조 시 용제 종류 = N-메틸-2-피롤리돈 (NMP)
* 슬러리 제조 시 전극 전체 고형분 및 용제의 중량 비율, 전극 전체 고형분:용제 = 1.72:1
* Shear stress = viscosity × shear rate
* Slurry weight ratio between electrode solids, NCM811: Carbon Black (Super P): Binder = 94: 4: 2
* Solvent type when preparing slurry = N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
* Slurry weight ratio of total electrode solids and solvent, total electrode solids: solvent = 1.72: 1

표 2를 참조하면, 실시예 1의 슬러리의 점도 및 전단응력이 비교예 1의 슬러리 대비 우수하다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는, 실시예 1의 바인더가 슬러리 제작과정 중, 분산이 잘되어 유기용매의 사용량을 줄여줄 뿐만 아니라, 고형분 간의 결착력을 발휘하는데 유리함을 보여준다.Referring to Table 2, it can be seen that the viscosity and shear stress of the slurry of Example 1 is superior to the slurry of Comparative Example 1. These results show that the binder of Example 1 is well dispersed during the slurry production process, which not only reduces the amount of organic solvent used, but also is advantageous in exerting a binding force between solids.

실험예 3. 바인더의 탄성계수 및 연신율 측정Experimental Example 3. Measurement of Elastic Modulus and Elongation of Binder

바인더의 물성을 측정하기 위하여 실시예 1과 비교예 1의 바인더를 JIS K-6301 TYPE 1의 규격의 시편(0.3 cm × 2.7 cm)으로 제조한 후, UTM(Universal esting Machine)에서 인장 속도(Grip Separation Speed) 5 mm/min 의 조건으로 인장하며 탄성계수와 연신율을 측정하였다. 도 4는 실시예 1과 비교예 1에 따른 바인더의 응력-변형율 곡선을 나타내는 도면이다.In order to measure the physical properties of the binder, the binders of Example 1 and Comparative Example 1 were prepared with specimens (0.3 cm × 2.7 cm) of JIS K-6301 TYPE 1 standard, and then the tensile velocity (Grip) in UTM (Universal esting machine) Separation Speed) Elastic modulus and elongation were measured under tension of 5 mm / min. 4 is a diagram showing a stress-strain curve of the binder according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

그리고, 상기 응력-변형률 곡선으로부터 탄성계수를 도출하였다.The elastic modulus was derived from the stress-strain curve.

도 4를 참조하면, 실시예 1과 비교예 1의 바인더의 탄성계수와 연신율을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 1의 바인더는 우수한 탄성력과 높은 연신율을 갖는 것을 알 수 있었다. 반면, 비교예 1의 바인더는 높은 강성을 갖고 있어, 연신율이 50 % 미만으로 매우 낮았으며, 35 MPa 이상의 응력에서는 비교예 1의 바인더가 파단되었다. 즉, 비교예 1은 응력-변형률 곡선이 매우 불안정적 이였다.4, the elastic modulus and elongation of the binder of Example 1 and Comparative Example 1 can be seen. Specifically, it was found that the binder of Example 1 had excellent elastic force and high elongation. On the other hand, the binder of Comparative Example 1 had high rigidity, the elongation was very low, less than 50%, and the binder of Comparative Example 1 broke at a stress of 35 MPa or more. That is, in Comparative Example 1, the stress-strain curve was very unstable.

실험예 4. 전극 단면의 접착력 측정Experimental Example 4. Measurement of Adhesion of Electrode Section

실시예 1과 비교예 1에서 제조한 전극 단면을 가로 세로 25 mm × 30 mm 의 시편으로 제조한 후, 상기 전극 단면과 3M 테이프, 유리 기판을 순차적으로 쌓은 후, 2 kg 의 롤을 사용하여 10회 압연하였다.After preparing the electrode cross-section prepared in Example 1 and Comparative Example 1 with a specimen having a length of 25 mm × 30 mm, and sequentially stacked the electrode cross-section, 3M tape, glass substrate, using a roll of 2 kg 10 Rolled twice.

상기 시편을 25 mm/min 의 속도로 필링 테스트를 수행하고, 그 결과를 도 5에 나타하였다.The specimen was subjected to a peeling test at a speed of 25 mm / min, and the results are shown in FIG. 5.

도 5는 실시예 1과 비교예 1에 따른 전극 단면의 필링테스트 결과를 나타내는 도면이다.5 is a view showing the peeling test results of the electrode cross-section according to Example 1 and Comparative Example 1.

도 5를 참조하면, 비교예 1 대비 실시예 1의 접착력이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 실시예 1의 바인더가 전극 활물질, 전도성 탄소 및 집전체 재료와 수소결합이 가능한 하드 세그먼트를 포함하고 있어 재료간 및 활물질 층과 집전체 간에 높은 접착력을 제공하는 것으로 판단된다. 또한 실시예 1의 높은 결착력은 슬러리 교반 시에 바인더가 활물질 표면에 고르게 도포된 것에 기인한다고 판단된다. Referring to Figure 5, it could be confirmed that the adhesive strength of Example 1 compared to Comparative Example 1. This is because the binder of Example 1 includes a hard segment capable of hydrogen bonding with the electrode active material, the conductive carbon and the current collector material, thus providing high adhesion between the materials and between the active material layer and the current collector. In addition, it is judged that the high binding force of Example 1 originates in the binder being apply | coated evenly on the surface of an active material at the time of stirring a slurry.

실험예 5. 바인더에 따른 표면 분석Experimental Example 5. Surface Analysis by Binder

실시예 1과 비교예 1에서 제조한 전극의 표면을 SEM(scanning Electron Microscope) 측정하였다. 그리고, 이를 도 6에 나타내었다.The surfaces of the electrodes prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were measured by scanning electron microscope (SEM). And this is shown in FIG.

도 6은 실시예 1과 비교예 1에서 제조한 전극 표면을 SEM 으로 촬영한 사진을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 실시예 1의 전극 표면이 비교예 1의 전극 표면보다 매끈한 것을 알 수 있다. 이는 바인더와 활물질 간의 우수한 상호작용과 바인더의 고른 분산도에 기인한다.6 is a view showing a photograph taken by SEM of the electrode surface prepared in Example 1 and Comparative Example 1. Referring to Figure 6, it can be seen that the electrode surface of Example 1 is smoother than the electrode surface of Comparative Example 1. This is due to the good interaction between the binder and the active material and the even dispersion of the binder.

실험예 6. 바인더에 따른 XRD 분석Experimental Example 6. XRD Analysis According to Binder

실시예 1과 비교예 1에서 제조한 전극에 대하여 CuKα 를 이용하여 X-선 회절 분석을 실시하였다. X선 회절 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Rigaku RINT2200HF+회절계(diffractometer)를 이용하여 실시하였다.X-ray diffraction analysis was performed on the electrodes prepared in Example 1 and Comparative Example 1 using CuKα. X-ray diffraction analysis was performed using a Rigaku RINT2200HF + diffractometer using Cu Kαradiation (1.540598 Hz).

실시예 1과 비교예 1의 슬러리를 X선 회절 분석하여 배터리 구동 전후의 (before/after) (003)면과 (104)면을 나타내는 피크의 비율(I003/I104) 값을 구하였다. 해당 결과를 도 7과 표 3에 나타내었다.The slurry of Example 1 and Comparative Example 1 was subjected to X-ray diffraction analysis to determine the ratio (I 003 / I 104 ) values of peaks representing the (003) and (104) planes before and after battery driving. The results are shown in FIG. 7 and Table 3.

I(003)/I(104) I (003) / I (104) 비교예 1 beforeComparative Example 1 before 1.111.11 비교예 1 afterComparative Example 1 after 0.750.75 실시예 1 beforeExample 1 before 1.071.07 실시예 1 afterExample 1 after 1.021.02

도 7과 표 3의 결과에 따르면, 실시예 1는 구동 전후에 I003/I104 값이 매우 작게 감소한 반면, 비교예 1는 같은 구동 후에 I003/I104 값이 매우 크게 감소하였다. 이는 비교예 1의 경우, 층상계 산화물 구조 내의 양이온 혼합이 심하여, 층상구조가 스피넬 혹은 암염구조로 변형이 많이 되었음을 의미한다. 이와 같은 구조 변화는 전이금속의 전해액 내로의 용출현상 및 전극 표면에서의 부반응을 가속화한다. 같은 맥락에서, 실시예 1의 바인더의 전극 표면 보호 기능은 이와 같은 구조 변화를 억제하여, 전지 구동 후에도 높은 I003/I104 값을 유지하였다.According to the results of Fig. 7 and Table 3, Example 1, Comparative Example 1 is decreased by the I 003 / I 104 value is very large after the same while driving down the I 003 / I 104 value is very small before and after the driving. This means that in Comparative Example 1, the cation mixing in the layered oxide structure was severe, and the layered structure was deformed into a spinel or rock salt structure. This structural change accelerates the dissolution of the transition metal into the electrolyte and side reactions at the electrode surface. In the same context, the electrode surface protection function of the binder of Example 1 suppressed this structural change, thus maintaining a high I 003 / I 104 value even after battery operation.

실험예 7. 바인더에 따른 전기화학적 특성 분석Experimental Example 7 Analysis of Electrochemical Properties According to Binder

바인더 종류에 따른 전지의 전기화학적 특성을 평가하였다. 그리고, 그 결과를 도 8 에 나타내었다. 도 8(a)는 충방전 속도가 변할 때, 실시예 1과 비교예 1의 리튬이차전지의 비용량 변화를 나타내는 그래프이며, 도 8(b)는 실시예 1과 비교예 1의 이차전지용 전극의 순환전압전류법 분석을 다양한 스캔 속도에서 수행한 결과이다.The electrochemical characteristics of the battery according to the type of binder were evaluated. And the result is shown in FIG. 8 (a) is a graph showing the change in specific capacity of the lithium secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1 when the charge-discharge rate is changed, Figure 8 (b) is a secondary battery electrode of Example 1 and Comparative Example 1 The results of cyclic voltammetry analysis at are performed at various scan rates.

도 8(a) 를 참조하면, 비교예 1 대비 실시예 1의 이차전지가 우수한 전기화학적 특성이 유지되는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 1의 경우, C-rate가 증가하는 조건에서 전극의 비용량이 높게 유지되는 것을 확인할 수 있었다Referring to FIG. 8 (a), it can be seen that the secondary battery of Example 1 compared to Comparative Example 1 maintains excellent electrochemical characteristics. In particular, in the case of Example 1, it was confirmed that the specific capacity of the electrode is maintained at a high C-rate condition

도 9는 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 이차전지의 임피던스 분석결과를 나타낸 도면이다. 전지가 구동되는 과정에서 실시예 1은 비교예 1 보다 낮은 임피던스를 보였다. 이는 고율특성이 좋다는 것을 의미하고, 바인더의 계면 보호 기능으로 인한 계면 저항이 감소함에 기인한다.9 is a view showing the impedance analysis results of the secondary battery manufactured in Example 1 and Comparative Example 1. Example 1 showed a lower impedance than Comparative Example 1 while the battery was being driven. This means that the high rate characteristic is good, and is due to the decrease in the interface resistance due to the interface protection function of the binder.

도 10은 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 이차전지의 장기 구동 시 용량 유지 특성을 나타내는 그래프이다. ((a) 25℃, (b) 50℃). 도 10을 참조하면, 실시예 1이 비교예 1 대비 이차전지 구동 온도 조건에 관계없이 수명 특성이 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 상기 바인더는 열적 안정성으로 인하여 고온에서도 계면 보호 기능으로 인한 전해액 열화 현상 억제할 수 있음을 의미한다. 또한 실시예 1의 바인더의 분산도가 우수함에 따라 도전재의 분산도 높아져서 전극 내부의 전도도가 향상되어 비용량이 수명 측정 구간 내내 높게 유지된 것으로 이해된다. 10 is a graph showing capacity retention characteristics during long-term driving of the secondary batteries manufactured in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. ((a) 25 degreeC, (b) 50 degreeC). Referring to FIG. 10, it can be seen that Example 1 has excellent life characteristics regardless of secondary battery driving temperature conditions compared to Comparative Example 1. That is, the binder means that the degradation of the electrolyte due to the interface protection function at high temperature due to thermal stability can be suppressed. In addition, it is understood that the dispersion of the conductive material is increased as the binder of Example 1 is excellent, so that conductivity inside the electrode is improved, so that the specific amount is kept high throughout the life measurement period.

실험예 8. 바인더의 종류에 따른 이차전지 전극의 표면 분석Experimental Example 8. Surface Analysis of Secondary Battery Electrode According to Binder Type

(물질 특성)(Material characteristics)

실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 리튬이차전지를 이용하여 전기화학 사이클에 따른 전극 표면 작용기를 분석하였다. 그리고, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11은 실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대하여, 전기화학 실험 전/후에 전극 계면의 성분을 파악하기 위하여 XPS 분광 분석 결과를 나타낸 그래프이다((a), (b) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 전기화학 사이클 전, (c), (d) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 사이클 후). The electrode surface functional group according to the electrochemical cycle was analyzed using the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1. And the result is shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the results of XPS spectroscopic analysis on the electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 in order to grasp the components at the electrode interface before and after the electrochemical experiment ((a), (b) Comparative Example 1 and Examples) Example 1 Before the electrochemical cycle of the electrode, (c), (d) after the cycle of Comparative Example 1 and Example 1 electrode).

전극표면 분석 결과, 본 발명의 공중합체 바인더가 사용된 경우, LixPFy 또는 LixPOyFz 관련된 피크가 증가하였다. 이는 해당 바인더의 활물질 계면 보호 기능으로 인하여 전기화학 반응 시 전해액에 의한 열화현상이 억제되어 전해액 내 리튬염인 LiPF6가 F-이온까지 최종 분해되는 경향이 줄어들어 LiF의 전극 계면막을 구성하는 비율이 감소한 것에 기인한다. 그에 따라 전해액 내 리튬염의 중간 분해물 혹은 전해액 내 화학식 3과 리튬염의 반응물인 LixPFy 또는 LixPOyFz을 주요 성분으로 하는 전극 계면막이 형성되었음을 확인할 수 있었다.As a result of the electrode surface analysis, when the copolymer binder of the present invention was used, Li x PF y or Li x PO y F z related peaks increased. Due to the active material interface protection function of the binder, deterioration caused by the electrolyte during electrochemical reaction is suppressed, and thus the tendency of LiPF 6, which is a lithium salt in the electrolyte, to be finally decomposed to F - ions decreases, thereby reducing the proportion of LiF electrode interface membrane. Due to As a result, it was confirmed that an electrode interfacial film having a main component of Li x PF y or Li x PO y F z , which is an intermediate decomposition product of the lithium salt in the electrolyte or a reactant of the formula 3 and the lithium salt in the electrolyte, was formed.

(바인더에 따른 표면 분석)(Surface analysis by binder)

실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 리튬이차전지를 이용하여 전기화학 사이클에 따른 전극의 표면을 SEM(scanning Electron Microscope)으로 분석하였다. 그리고, 이를 도 12 에 나타내었다.Using the lithium secondary battery prepared in Example 1 and Comparative Example 1, the surface of the electrode according to the electrochemical cycle was analyzed by SEM (Scanning Electron Microscope). And this is shown in FIG.

도 12는 실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대하여, 전기화학 실험 전/후에 전극 표면을 SEM 으로 촬영한 사진을 나타낸 도면이다 ((a),(b) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 전기화학 사이클 전, (c),(d) 비교예 1 및 실시예 1 전극의 사이클 후). 도 12를 참조하면, 실시예 1의 전극 표면이 비교예 1의 전극 표면보다 사이클 전후에 모두 매끈한 것을 알 수 있다. 이는 바인더와 활물질 간의 우수한 상호작용 및 고른 고형분 분산도에 기인한다.12 is a view showing SEM photographs of electrode surfaces before and after an electrochemical experiment with respect to the electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 ((a), (b) of Comparative Example 1 and Example 1 electrodes) Before the electrochemical cycle, and (c), (d) after the cycles of Comparative Example 1 and Example 1 electrodes). Referring to FIG. 12, it can be seen that the electrode surface of Example 1 was smoother before and after the cycle than the electrode surface of Comparative Example 1. This is due to the good interaction between the binder and the active material and even solid dispersion.

Claims (14)

바인더, 활물질 및 도전재를 포함하는 이차전지 전극용 슬러리로서,
상기 바인더는 전극 내에 수소결합이 가능한 하드 세그먼트 및 폴리올 구조의 소프트 세그먼트를 포함하는 공중합체 고분자를 포함하며,
상기 이차전지 전극용 슬러리는 0.1 내지 1,000 s-1 범위의 전단 속도의 혼합 공정 시, 슬러리 내에 전단응력(shearing stress)이 발생되어, 활물질 표면에 바인더가 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
As a slurry for secondary battery electrodes containing a binder, an active material, and a conductive material,
The binder includes a copolymer polymer including a hard segment capable of hydrogen bonding in the electrode and a soft segment having a polyol structure.
In the slurry for secondary battery electrodes, a shear stress is generated in the slurry during a mixing process at a shear rate in the range of 0.1 to 1,000 s −1 , so that a binder is coated on the surface of the active material. .
제1항에 있어서,
이차전지 전극용 슬러리는 0.1 내지 1,000 s-1 범위의 전단 속도에서, 평균 20 내지 1,100 Pa 범위의 전단응력(shearing stress)이 발생되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
The slurry for secondary battery electrodes is a slurry for secondary battery electrodes, characterized in that the shearing stress (shearing stress) in the range of 20 to 1,100 Pa is generated at a shear rate in the range of 0.1 to 1,000 s -1 .
제1항에 있어서,
이차전지 전극용 슬러리의 점도는 500 내지 250,000 cP 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
The slurry for secondary battery electrodes is a slurry for secondary battery electrodes, characterized in that the range of 500 to 250,000 cP.
제1항에 있어서,
공중합체 고분자의 탄성계수(modulus of elasticity)는 100 MPa 이하이며, 연신율은 50 % 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
Modulus of elasticity of the copolymer polymer (modulus of elasticity) is 100 MPa or less, elongation is a secondary battery electrode slurry, characterized in that more than 50%.
제1항에 있어서,
공중합체 고분자를 필름화시킨 후, 필름의 평균 두께가 80 내지 95 ㎛ 이고, 가로 0.3 cm 및 세로 2.7 cm 일 때,
상기 필름의 탄성계수는 500 kPa 내지 100 MPa 이고, 연신율은 50 내지 950 % 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
After filming the copolymer polymer, when the average thickness of the film is 80 to 95 μm, 0.3 cm wide and 2.7 cm long,
The elastic modulus of the film is 500 kPa to 100 MPa, the elongation is a slurry for secondary battery electrodes, characterized in that 50 to 950% range.
제1항에 있어서,
공중합체 고분자의 수평균 분자량은 140,000 내지 1,000,000 g mol-1 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
The number average molecular weight of the copolymer polymer is a slurry for secondary battery electrodes, characterized in that the range of 140,000 to 1,000,000 g mol -1 .
제1항에 있어서,
하드 세그먼트는 방향족 우레탄 및 방향족 우레아 결합을 포함하며,
소프트 세그먼트는 중량평균 분자량이 1,000 내지 3,000 g mol-1 범위인 지방족 폴리올 화합물인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
Hard segments include aromatic urethane and aromatic urea bonds,
Slurry for secondary battery electrodes, characterized in that the soft segment is an aliphatic polyol compound having a weight average molecular weight in the range of 1,000 to 3,000 g mol -1 .
제1항에 있어서,
지방족 폴리올은, 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올, 폴리카프로락톤디올 및 에틸렌-프로필렌 글리콜 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
The aliphatic polyol is at least one member selected from the group consisting of polyethylene glycol, polytetramethylene ether glycol, polypropylene glycol, polycarbonate diol, polycaprolactone diol, and ethylene-propylene glycol copolymer.
제1항에 있어서,
활물질은 하기 화학식 1 및 화학식 2으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 리튬 금속 산화물 혹은 리튬 금속 인산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리:

[화학식 1]
LiNixMnyCozAlwO2
상기 화학식 1에서, 0≤x≤1 이고, y는 0≤y≤1 이고, 0≤z≤1 이고, w는 0≤w≤0.15 이고, x+y+z+w=1 이다

[화학식 2]
LiFexMnyPO4
상기 화학식 2에서, 0≤x≤1 이고, 0≤y≤1 이고, x+y=1 이다.
The method of claim 1,
Slurry for a secondary battery electrode, characterized in that the active material comprises at least one lithium metal oxide or lithium metal phosphate selected from the group consisting of Formula 1 and Formula 2:

[Formula 1]
LiNi x Mn y Co z Al w O 2
In Formula 1, 0 ≦ x ≦ 1, y is 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, w is 0 ≦ w ≦ 0.15, and x + y + z + w = 1.

[Formula 2]
LiFe x Mn y PO 4
In Formula 2, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and x + y = 1.
제1항에 있어서,
바인더는 활물질의 전체중량에 대하여 0.2 내지 15 중량% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 슬러리.
The method of claim 1,
The binder is a slurry for secondary battery electrodes, characterized in that it comprises 0.2 to 15% by weight based on the total weight of the active material.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 이차전지 전극용 슬러리가 집전체에 도포되는 것을 특징으로 하는 전극.
An electrode according to any one of claims 1 to 10, wherein the slurry for secondary battery electrodes is applied to a current collector.
제11항에 따른 이차전지 전극; 및
비수성 전해액을 포함하며, 비수성 전해액은 하기 화학식 3의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지:
[화학식 3]
Figure pat00004
.
A secondary battery electrode according to claim 11; And
A secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte solution, wherein the non-aqueous electrolyte solution includes a compound of Formula 3 below:
[Formula 3]
Figure pat00004
.
제12항에 있어서,
이차전지의 전극은 비수성 전해액 혹은 화학식 3의 화합물 혹은 이들의 조합과 반응하여 폴리카보네이트 계열의 전극 계면막을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
The method of claim 12,
The electrode of the secondary battery is a secondary battery, characterized in that to form a polycarbonate-based electrode interfacial film by reacting with a non-aqueous electrolyte or a compound of formula (3) or a combination thereof.
제12항에 있어서,
이차전지의 전극은 화학식 3의 화합물 혹은 전해액 내의 리튬염 혹은 이들의 조합과 반응하여 LixPFy 및 LixPOyFz 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분의 전극 계면막을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
The method of claim 12,
The electrode of the secondary battery reacts with a compound of Formula 3 or a lithium salt in an electrolyte or a combination thereof to form an electrode interfacial film of at least one component selected from the group consisting of Li x PF y and Li x PO y F z . Secondary battery.
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