KR20210042472A - Graft copolymer binder and a cathode for lithium ion secondary batteries containing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a graft copolymer binder and to a positive electrode for a lithium ion secondary battery and, more specifically, to a positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising: a graft copolymer including an ethylene glycol oligomer as a side chain and acrylate as a main chain; and to a positive electrode active material layer including a lithium metal oxide-based positive electrode active material. The positive electrode for a lithium ion secondary battery has high charge/discharge efficiency and high capacity retention.

Description

그라프트 공중합체 바인더 및 이를 포함하는 리튬이온 이차전지용 양극{Graft copolymer binder and a cathode for lithium ion secondary batteries containing the same}Graft copolymer binder and a cathode for lithium ion secondary batteries containing the same

본 발명은 그라프트 공중합체 바인더 및 리튬이온 이차전지용 양극에 관한 것으로, 상세하게, 에틸렌글리콜 올리고머를 측쇄로 포함하고, 아크릴레이트를 주쇄로 포함하는 그라프트 공중합체 및 리튬금속산화물계 양극활물질을 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극에 대한 것이다. The present invention relates to a graft copolymer binder and a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and in particular, a graft copolymer containing an ethylene glycol oligomer as a side chain and an acrylate as a main chain, and a lithium metal oxide-based positive electrode active material. It relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer is formed.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 보급이 증대됨에 따라 소형 경량 이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 그 중 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 각종 휴대기기에 사용되고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다.Recently, as the spread of electronic devices using batteries such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles has increased, the demand for a secondary battery having a relatively high capacity and small size, is rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries are used in various portable devices because they are lightweight and have high energy density. Accordingly, research and development efforts for improving the performance of lithium secondary batteries are being actively conducted.

리튬이온 이차전지의 양극은 양극활물질, 바인더, 도전재를 포함한 전극 조성물을 집전체에 도포 및 건조하여 제조된다. 통상적으로 양극은 활물질로 LiCoO2, 바인더로 폴리비닐리덴디플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride), 도전재로 카본 블랙을 분산시킨 슬러리를 알루미늄 박막의 집전체 상에 도포하여 건조시켜 제조될 수 있다. PVdF는 양극활물질의 바인더로 가장 폭넓게 사용되고 있으나, 고온, 고전압 환경에서 전해액에 의해 팽윤되어 양극활물질과의 결착력이 약해지고 내구성을 저하시키며 전극 저항을 상승시킬 수 있으며, PVdF의 낮은 이온전도도의 특성으로 인해 추가적으로 고분자 전해질과 같은 높은 이온전도성을 가진 물질과 혼합하여야만 하는 문제가 있다.The positive electrode of a lithium ion secondary battery is manufactured by coating and drying an electrode composition including a positive electrode active material, a binder, and a conductive material on a current collector. Typically, the positive electrode may be prepared by applying a slurry in which LiCoO 2 as an active material, polyvinylidene difluoride (PVdF) as a binder, and carbon black as a conductive material is dispersed on a current collector of an aluminum thin film and dried. PVdF is most widely used as a binder for positive electrode active material, but it swells by electrolyte in high temperature and high voltage environment, weakening the binding force with the positive electrode active material, lowering durability, and increasing electrode resistance. Due to the low ionic conductivity of PVdF Additionally, there is a problem in that it must be mixed with a material having high ion conductivity such as a polymer electrolyte.

이에, 높은 이온전도도, 고온 사이클 안정성, 고온 및 고전압 하에서도 리튬금속산화물계 양극활물질과의 결착력이 뛰어난 리튬이온 이차전지 양극용 바인더에 대한 개발이 더욱 필요한 상황이다.Accordingly, there is a need for further development of a binder for a positive electrode of a lithium ion secondary battery, which has high ion conductivity, high temperature cycle stability, and excellent binding power with a lithium metal oxide-based positive electrode active material even under high temperature and high voltage.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0053120호 (2019.05.17)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0053120 (2019.05.17)

본 발명의 목적은 불소계 바인더 대비 높은 이온 전도도 및 고온 사이클 안정성을 가지며, 높은 충방전 효율 및 높은 용량 유지율을 가지는 리튬이온 이차전지용 양극을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium ion secondary battery having high ionic conductivity and high-temperature cycle stability compared to a fluorine-based binder, and having high charging/discharging efficiency and high capacity retention.

본 발명의 다른 목적은 리튬금속산화물계 양극활물질의 결착을 위한 바인더로서 불소를 포함하지 않으며, 동시에 추가적인 바인더를 포함하지 않고서도 리튬금속산화물계 양극활물질을 안정적으로 결착할 수 있는 비가교형 리튬이온 이차전지용 양극용 바인더를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a non-crosslinked lithium-ion secondary that does not contain fluorine as a binder for binding a lithium metal oxide-based positive electrode active material, and at the same time can stably bind a lithium metal oxide-based positive electrode active material without including an additional binder. It is to provide a binder for a battery positive electrode.

본 발명은 집전체 상에 하기 화학식 1로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머를 측쇄로 포함하고, 아크릴레이트를 주쇄로 포함하는 그라프트 공중합체; 및 리튬금속산화물계 양극활물질을 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극을 제공한다.The present invention includes a graft copolymer including an ethylene glycol oligomer represented by the following formula (1) as a side chain on a current collector and including an acrylate as a main chain; And a positive electrode for a lithium ion secondary battery on which a positive electrode active material layer including a lithium metal oxide-based positive electrode active material is formed.

[화학식 1][Formula 1]

R1-(O-CH2-CH2)n-*R 1 -(O-CH 2 -CH 2 )n-*

(상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1~C6의 알킬기이며, n은 3 이상 20 이하의 정수이다.) (In Formula 1, R 1 is hydrogen or a C 1 to C 6 alkyl group, and n is an integer of 3 or more and 20 or less.)

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체는 알킬 아크릴레이트계 단량체로부터 유래된 반복단위를 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극 일 수 있다.In one aspect of the present invention, the graft copolymer may be a positive electrode for a lithium ion secondary battery on which a positive electrode active material layer including a repeating unit derived from an alkyl acrylate-based monomer is formed.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체는 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체 및 알킬 아크릴레이트계 단량체로부터 유래된 반복단위를 포함하고, 상기 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체와 알킬 아크릴레이트계 단량체의 몰비는 1:0.1 내지 1:5인 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극 일 수 있다. In one aspect of the present invention, the graft copolymer comprises a repeating unit derived from an acrylate monomer including an ethylene glycol oligomer and an alkyl acrylate monomer, and an acrylate monomer including the ethylene glycol oligomer and The molar ratio of the alkyl acrylate-based monomer may be a positive electrode for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer of 1:0.1 to 1:5.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체는 화학식 2로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체 및 메틸 메타크릴레이트로부터 유래된 반복단위를 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극 일 수 있다. In one aspect of the present invention, the graft copolymer is for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer comprising a repeating unit derived from an acrylate monomer and methyl methacrylate including an ethylene glycol oligomer represented by Formula 2 It can be positive.

[화학식 2][Formula 2]

R2-(O-CH2-CH2)m-O-C(O)-CH(R3)=CH2 R 2 -(O-CH 2 -CH 2 ) m -OC(O)-CH(R 3 )=CH 2

(상기 화학식 1에서 R2은 C1~C4의 알킬기이며, R3는 수소 또는 메틸기이고, m은 3 이상 15 이하의 정수이다.)(In Formula 1, R 2 is a C 1 to C 4 alkyl group, R 3 is a hydrogen or a methyl group, and m is an integer of 3 or more and 15 or less.)

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체의 중량평균분자량은 20,000 내지 500,000인 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극 일 수 있다. In one aspect of the present invention, the weight average molecular weight of the graft copolymer may be a positive electrode for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer having a weight average molecular weight of 20,000 to 500,000.

본 발명의 일 양태로, 상기 리튬이온 이차전지용 양극은 불소계 고분자를 실질적으로 포함하지 않는 양극활물질층이 형성된 것인 리튬이온 이차전지용 양극 일 수 있다. In one aspect of the present invention, the positive electrode for a lithium ion secondary battery may be a positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer substantially not containing a fluorine-based polymer is formed.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체의 이온전도도는 25℃에서 1X10-8 내지 1X10-6 S/cm 범위를 가지며, 60℃에서 1X10-6 내지 1X10-4 S/cm 범위를 가지는, 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극 일 수 있다. In one aspect of the present invention, the ionic conductivity of the graft copolymer has a range of 1X10 -8 to 1X10 -6 S/cm at 25°C, and has a range of 1X10 -6 to 1X10 -4 S/cm at 60°C, It may be a positive electrode for a lithium ion secondary battery on which a positive electrode active material layer is formed.

본 발명은 상술한 바와 같은 리튬이온 이차전지용 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 리튬이온 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a separator, and a negative electrode for a lithium ion secondary battery as described above.

본 발명의 일 양태로, 상기 음극은 음극 집전체 및 이의 상부에 리튬을 포함하는 금속박이 적층된 구조일 수 있다. In one aspect of the present invention, the negative electrode may have a structure in which a negative electrode current collector and a metal foil including lithium are laminated on the upper portion thereof.

본 발명의 일 양태로, 상기 리튬이온 이차전지의 100번째 사이클 때의 용량 유지율이 25℃에서 90% 이상이고, 45℃에서 70% 이상인 리튬이온 이차전지일 수 있다. In one aspect of the present invention, the lithium ion secondary battery may have a capacity retention rate of 90% or more at 25°C and 70% or more at 45°C of the 100th cycle.

본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 양극은 불소계 바인더를 포함하는 양극에 비해 높은 이온 전도도 및 우수한 고온 사이클 특성을 가지며, 높은 충방전 효율 및 높은 용량 유지율을 가진다.The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention has high ionic conductivity and excellent high-temperature cycle characteristics compared to the positive electrode containing a fluorine-based binder, and has high charging/discharging efficiency and high capacity retention.

구체적으로, 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 양극은 통상적인 불소계 바인더를 포함하지 않고서도 안정적으로 리튬금속산화물계 양극활물질을 결착할 수 있다. 또한 양극을 제조하기 위한 용매에 바인더가 균일하게 용해되어 적은 함량의 바인더를 사용하더라도 우수한 결착 특성을 가질 수 있으며, 상기 바인더는 높은 이온 전도도를 가짐에 따라 리튬이온 이차전지가 높은 충방전 효율 및 높은 용량 유지율을 가질 수 있다.Specifically, the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention can stably bind a lithium metal oxide-based positive electrode active material without including a conventional fluorine-based binder. In addition, since the binder is uniformly dissolved in the solvent for manufacturing the positive electrode, even if a small amount of the binder is used, it can have excellent binding properties.As the binder has high ionic conductivity, lithium-ion secondary batteries have high charging/discharging efficiency and high It can have a capacity retention rate.

도 1은 이온 전도도 측정을 위한 코인 셀의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 전지의 충방전효율을 측정하기 위한 반쪽 셀(half cell)의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예 2와 비교예 1의 반쪽 셀 사이클 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 2와 비교예 1의 이온전도도 특성을 도시한 도면이다.
도 5는 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2의 양극활물질의 결착력 시험결과를 도시한 도면이다.
1 is a diagram showing the structure of a coin cell for measuring ion conductivity.
2 is a diagram showing the structure of a half cell for measuring the charging/discharging efficiency of the battery.
3 is a diagram showing half-cell cycle characteristics of Example 2 and Comparative Example 1. FIG.
4 is a diagram showing ionic conductivity characteristics of Example 2 and Comparative Example 1. FIG.
5 is a diagram showing the results of a binding force test of positive electrode active materials of Comparative Examples 1, 1, and 2;

이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples or examples including the accompanying drawings. However, the following specific examples or examples are only one reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. In addition, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms used in the description in the present invention are merely for effectively describing specific embodiments and are not intended to limit the present invention.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. In addition, the singular form used in the specification and the appended claims may be intended to include the plural form unless otherwise indicated in the context.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

또한, 본 발명의 명세서에서 다른 정의가 없는 한, 중합체의 분자량은 중량평균 분자량을 의미한다.In addition, unless otherwise defined in the specification of the present invention, the molecular weight of a polymer means a weight average molecular weight.

또한, 본 발명의 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. In addition, numerical ranges used in the specification of the present invention include lower and upper limits and all values within the range, increments that are logically derived from the shape and width of the defined range, all values limited among these, and numerical ranges limited to different forms. Includes all possible combinations of upper and lower limits of.

본 발명은 집전체 상에 하기 화학식 1로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머를 측쇄로 포함하고, 아크릴레이트를 주쇄로 포함하는 그라프트 공중합체; 및 리튬금속산화물계 양극활물질을 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극을 제공한다. The present invention includes a graft copolymer including an ethylene glycol oligomer represented by the following formula (1) as a side chain on a current collector and including an acrylate as a main chain; And a positive electrode for a lithium ion secondary battery on which a positive electrode active material layer including a lithium metal oxide-based positive electrode active material is formed.

[화학식 1][Formula 1]

R1-(O-CH2-CH2)n-*R 1 -(O-CH 2 -CH 2 ) n -*

(상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1~C6의 알킬기이며, n은 3 이상 20 이하의 정수이다.) (In Formula 1, R 1 is hydrogen or a C 1 to C 6 alkyl group, and n is an integer of 3 or more and 20 or less.)

바람직하게, 상기 화학식 1로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머 측쇄의 R1은 C1~C4의 알킬기이며, n은 3 이상 18 이하의 정수일 수 있다. Preferably, R 1 of the side chain of the ethylene glycol oligomer represented by Chemical Formula 1 is a C 1 to C 4 alkyl group, and n may be an integer of 3 or more and 18 or less.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체의 주쇄에 포함되는 아크릴레이트 반복단위는 알킬 아크릴레이트계 단량체로부터 유래된 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the acrylate repeating unit included in the main chain of the graft copolymer may be derived from an alkyl acrylate-based monomer.

알킬 아크릴레이트계 단량체는 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 가지는 알킬 메타아크릴레이트 등이 될 수 있으며, 일 예로, 메틸 메타아크릴레이트, 에틸 메타아크릴레이트, n-프로필렌 메타아크릴레이트, 이소프로필 메타아크릴레이트, n-부틸 메타아크릴레이트, t-부틸 메타아크릴레이트, 이소부틸 메타아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타아크릴레이트, 2-에틸부틸 메타아크릴레이트, 펜틸 메타아크릴레이트, 헥실 메타아크릴레이트, 사이클로헥실 메타아크릴레이트, n-옥틸 메타아크릴레이트, 이소옥틸 메타아크릴레이트, 테트라데실 메타아크릴레이트, 도데실 메타아크릴레이트, 트리데실 메타아크릴레이트 또는 옥타데실 메타아크릴레이트 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 가지는 알킬 메타아크릴레이트일 수 있다.The alkyl acrylate-based monomer may be an alkyl methacrylate having an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, for example, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propylene methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, 2-ethylbutyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate Rate, n-octyl methacrylate, isooctyl methacrylate, tetradecyl methacrylate, dodecyl methacrylate, tridecyl methacrylate, octadecyl methacrylate, and the like may be used, but are not limited thereto. Preferably, it may be an alkyl methacrylate having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체는 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체 및 알킬 아크릴레이트계 단량체로부터 유래된 반복단위를 포함하고, 상기 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체와 알킬 아크릴레이트계 단량체의 몰비는 1:0.1 내지 1:5인 것일 수 있다. 바람직하게 1:0.2 내지 1:4, 더욱 바람직하게 1:0.5 내지 1:2일 수 있다. 상기 범위에서 우수한 이온전도도를 가지며 동시에 우수한 내구성을 가질 수 있다.In one aspect of the present invention, the graft copolymer comprises a repeating unit derived from an acrylate monomer including an ethylene glycol oligomer and an alkyl acrylate monomer, and an acrylate monomer including the ethylene glycol oligomer and The molar ratio of the alkyl acrylate-based monomer may be 1:0.1 to 1:5. It may be preferably 1:0.2 to 1:4, more preferably 1:0.5 to 1:2. It has excellent ionic conductivity in the above range and at the same time can have excellent durability.

상기 그라프트 공중합체는 랜덤 공중합체, 교호 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있으며, 바람직하게는 랜덤 공중합체일 수 있다. 특히 바람직하게, 그라프트 공중합체는 용매에 균일하게 용해되는 특성을 가진다. 용매에 용해되지 않는 공중합체는 보다 많은 함량의 공중합체가 바인더로 사용되어야 하며 결착 특성이 떨어질 수 있으나, 본 발명에 따른 그라프트 공중합체는 용매에 용해되는 특성을 가짐에 따라 바인더로 사용시 적은 함량을 사용하더라도 오히려 매우 우수한 결착 특성을 가질 수 있는 점에서 유리한 장점을 가진다.The graft copolymer may be a random copolymer, an alternating copolymer, or a block copolymer, and preferably a random copolymer. Particularly preferably, the graft copolymer has a property of being uniformly dissolved in a solvent. In the case of a copolymer that is not soluble in a solvent, a larger amount of the copolymer should be used as a binder and the binding properties may be inferior, but the graft copolymer according to the present invention has a characteristic that is soluble in a solvent, so when used as a binder, a small content Even if it is used, it has an advantageous advantage in that it can have very excellent binding properties.

또한 에틸렌글리콜 올리고머가 측쇄(곁가지)로 그라프트 공중합체에 포함됨에 따라 에틸렌글리콜 올리고머가 높은 유연성(flexibility)을 가질 수 있으며, 리튬 이온에 대해 매우 높은 이온 전도도를 가질 수 있다. 이러한 특성은 에틸렌글리콜 올리고머 또는 폴리에틸렌 글리콜이 주쇄에 포함되는 중합체 또는 공중합체 바인더에 비해 보다 높은 유연성을 가지는 점에서 이온 전도도에서 유리한 장점을 가진다.In addition, as the ethylene glycol oligomer is included in the graft copolymer as a side chain (side branch), the ethylene glycol oligomer may have high flexibility and very high ionic conductivity for lithium ions. This characteristic has an advantage in ionic conductivity in that ethylene glycol oligomer or polyethylene glycol has a higher flexibility compared to the polymer or copolymer binder contained in the main chain.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체는 하기 화학식 2로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체 및 메틸 메타크릴레이트로부터 유래된 반복단위를 포함하는 것일 수 있다. In one aspect of the present invention, the graft copolymer may include a repeating unit derived from an acrylate monomer including an ethylene glycol oligomer represented by the following Formula 2 and methyl methacrylate.

[화학식 2][Formula 2]

R2-(O-CH2-CH2)m-O-C(O)-CH(R3)=CH2 R 2 -(O-CH 2 -CH 2 ) m -OC(O)-CH(R 3 )=CH 2

상기 화학식 2에서 R2은 C1~C4의 알킬기이며, R3는 수소 또는 메틸기이고, m은 3 이상 15 이하의 정수이다. 바람직하게는 C1~C2의 알킬기이며, R3는 수소 또는 메틸기이고, m은 3 이상 10 이하의 정수이며, 더 바람직하게는 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 메타크릴레이트, 펜타에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 메타크릴레이트, 9몰 부가된 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 메타크릴레이트 등일 수 있다.In Formula 2, R 2 is a C 1 to C 4 alkyl group, R 3 is hydrogen or a methyl group, and m is an integer of 3 or more and 15 or less. Preferably it is a C 1 ~ C 2 alkyl group, R 3 is hydrogen or methyl group, m is an integer of 3 or more and 10 or less, more preferably triethylene glycol monomethyl ether methacrylate, pentaethylene glycol monomethyl ether Methacrylate, 9 mol added polyethylene glycol monomethyl ether methacrylate, and the like.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체의 중량평균분자량은 20,000 내지 500,000일 수 있으며, 바람직하게는 50,000 내지 300,000일 수 있고, 더 바람직하게는 80,000에서 200,000 일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. In one aspect of the present invention, the weight average molecular weight of the graft copolymer may be 20,000 to 500,000, preferably 50,000 to 300,000, more preferably 80,000 to 200,000, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태로, 상기 리튬이온 이차전지용 양극은 불소계 고분자를 실질적으로 포함하지 않는 것일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지용 양극은 불소계 바인더를 포함하지 않고서도 우수한 결착 특성을 가질 수 있다. 또한 에틸렌 글리콜 올리고머를 측쇄에 포함하는 그라프트 구조의 공중합체를 사용함에 따라 주쇄는 불소계 바인더와 동등 또는 유사한 결착 특성을 가지면서, 에틸렌 글리콜 올리고머 측쇄에 의해 고온의 사이클 특성 및 높은 이온 전도도를 가질 수 있다. 이에 따라 상기 리튬이온 이차전지용 양극을 포함하는 리튬이온 이차전지는 높은 충방전 효율 및 높은 용량 유지율을 가질 수 있다.In one aspect of the present invention, the positive electrode for a lithium ion secondary battery may be one that does not substantially contain a fluorine-based polymer. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention may have excellent binding properties without including a fluorine-based binder. In addition, by using a graft-structured copolymer containing an ethylene glycol oligomer in the side chain, the main chain has the same or similar binding properties as the fluorine-based binder, and the ethylene glycol oligomer side chain can have high-temperature cycle characteristics and high ionic conductivity. have. Accordingly, the lithium ion secondary battery including the positive electrode for the lithium ion secondary battery may have a high charge/discharge efficiency and a high capacity retention rate.

본 발명의 일 양태로, 상기 그라프트 공중합체의 이온전도도는 25℃에서 1x10-8 내지 1x10-6 S/cm 범위를 가지며, 60℃에서 1x10-6 내지 1x10-4 S/cm 범위를 가질 수 있다. 특정 리튬염 및 측정 조건에 한정되지는 아니하나, 상기 이온전도도는 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드를 리튬염으로 포함하고, 그라프트 공중합체와 리튬 염 혼합물의 두께는 0.02 내지 0.05 mm의 측정조건에서 정의되는 것일 수 있다. In one aspect of the present invention, the ionic conductivity of the graft copolymer has a range of 1x10 -8 to 1x10 -6 S/cm at 25°C, and may have a range of 1x10 -6 to 1x10 -4 S/cm at 60°C. have. Although not limited to a specific lithium salt and measurement conditions, the ionic conductivity includes lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide as a lithium salt, and the thickness of the graft copolymer and the lithium salt mixture is 0.02 to 0.05 It may be defined in the measurement condition of mm.

한편 상기 그라프트 공중합체와 고분자 전해질과 혼합된 조성물의 이온 전도도는 25℃에서 1x10-6 내지 1x10-4 S/cm 범위를 가지며, 60℃에서 1x10-4 내지 1x10-3 S/cm 범위를 가질 수 있다. 이때 고분자 전해질은 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(PEGDME)일 수 있으며, 그라프트 공중합체와 PEGDME의 중량비는 2:1로 혼합되고, 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드를 리튬염으로 포함하고, 그라프트 공중합체와 리튬 염 혼합물의 두께는 0.02 내지 0.05 mm의 측정조건에서 정의되는 것일 수 있다. Meanwhile, the ionic conductivity of the composition mixed with the graft copolymer and the polymer electrolyte has a range of 1x10 -6 to 1x10 -4 S/cm at 25°C, and has a range of 1x10 -4 to 1x10 -3 S/cm at 60°C. I can. At this time, the polymer electrolyte may be polyethylene glycol dimethyl ether (PEGDME), the weight ratio of the graft copolymer and PEGDME is mixed at 2:1, and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide is included as a lithium salt, The thickness of the graft copolymer and the lithium salt mixture may be defined under a measurement condition of 0.02 to 0.05 mm.

본 발명은 또한 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 리튬이온 이차전지를 제공하며, 상기 양극은 집전체 상에 하기 화학식 1로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머를 측쇄로 포함하고, 아크릴레이트를 주쇄로 포함하는 그라프트 공중합체; 및 리튬금속산화물계 양극활물질을 포함하는 양극활물질층이 형성된 양극을 의미한다.The present invention also provides a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a separator, and a negative electrode, wherein the positive electrode includes an ethylene glycol oligomer represented by the following formula (1) as a side chain on a current collector, and a graph comprising an acrylate as a main chain. T copolymer; And a positive electrode on which a positive electrode active material layer including a lithium metal oxide-based positive electrode active material is formed.

[화학식 1][Formula 1]

R1-(O-CH2-CH2)n-*R 1 -(O-CH 2 -CH 2 ) n -*

(상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1~C6의 알킬기이며, n은 3 이상 20 이하의 정수이다.) (In Formula 1, R 1 is hydrogen or a C 1 to C 6 alkyl group, and n is an integer of 3 or more and 20 or less.)

양극 활물질은 이 기술분야에서 사용되는 통상의 양극 활물질을 사용할 수 있으며, 구체적으로, 코발트산 리튬복합산화물(LiCoO2), 스피넬 결정형 망간산 리튬복합산화물(LiMn2O4), 망간산 리튬복합산화물(LiMnO2), 니켈산 리튬복합산화물(LiNiO2), 인산철 리튬(lithium iron phosphate; LiFePO4), 리튬 인산망간(LiMnPO4), 리튬 인산코발트(LiCoPO4), 리튬 피로인산철(iron pyrophosphate; Li2FeP2O7), 니오브산 리튬 복합산화물(LiNbO2), 철산리튬 복합산화물(LiFeO2), 마그네슘산 리튬복합산화물(LiMgO2), 구리산 리튬복합산화물(LiCuO2), 아연산 리튬복합산화물(LiZnO2), 몰리브덴산 리튬복합산화물(LiMoO2), 탄탈륨산 리튬복합산화물(LiTaO2), 텅스텐산 리튬복합산화물(LiWO2), 과리튬 과망간 니켈 코발트 복합산화물 (xLi2MnO3 (1-x)LiMn1-y-zNiyCozO2), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 복합산화물(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2), 리튬 니켈 코발트망간 복합산화물(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2, LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2,LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2), 산화 망간 니켈)(LiNi0.5Mn1.5O4) 등을 들 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The positive electrode active material may be a conventional positive electrode active material used in this technical field, and specifically, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), spinel crystalline lithium manganate composite oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium manganate composite oxide (LiMnO 2 ), nickel acid lithium composite oxide (LiNiO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ), lithium iron pyrophosphate ; Li 2 FeP 2 O 7 ), lithium niobate composite oxide (LiNbO 2 ), lithium iron acid composite oxide (LiFeO 2 ), magnesium acid lithium composite oxide (LiMgO 2 ), copper acid lithium composite oxide (LiCuO 2 ), zinc acid Lithium composite oxide (LiZnO 2 ), lithium molybdate oxide (LiMoO 2 ), lithium tantalate composite oxide (LiTaO 2 ), tungstate lithium composite oxide (LiWO 2 ), permanganese nickel cobalt composite oxide (xLi 2 MnO 3 (1-x)LiMn1-y-zNiyCozO 2 ), lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 ,LiNi 0.7 Co 0.15 Mn 0.15 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ), Manganese nickel oxide) (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) and the like, but are not limited thereto.

양극은 도전재를 더 포함할 수 있으며, 상기 도전재로는 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있으나 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.The positive electrode may further include a conductive material, and the conductive material includes carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used, but it is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes to the battery.

본 발명의 일 양태로, 상기 음극은 음극 집전체 및 이의 상부에 리튬을 포함하는 금속박이 적층된 구조를 가지는 것일 수 있다. 상기 음극은 리튬 금속박 이외에 음극 활물질을 더 포함할 수 있는데, 리튬의 가역적인 흡장 및 탈리가 가능한 화합물일 수 있다. 음극 활물질의 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료를 사용할 수 있다. 또, 상기 탄소질 재료 이외에, 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물, 또는 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물도 음극 활물질로 사용할 수 있다.In one aspect of the present invention, the negative electrode may have a structure in which a negative electrode current collector and a metal foil including lithium are stacked on an upper portion thereof. The negative electrode may further include a negative electrode active material in addition to the lithium metal foil, and may be a compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium. As a specific example of the negative electrode active material, a carbonaceous material such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon may be used. In addition, in addition to the carbonaceous material, a metal compound capable of alloying with lithium, or a composite including a metal compound and a carbonaceous material may be used as the negative electrode active material.

본 발명의 일 양태로, 상기 리튬이온 이차전지의 100번째 사이클때의 용량 유지율이 25℃에서 90% 이상이며, 45℃에서 70% 이상일 수 있다. 보다 구체적으로 100번째 사이클때의 용량 유지율이 25℃에서 94% 이상이며, 45℃에서 80% 이상일 수 있다. 비한정적으로 25℃에서 99% 이하이며, 45℃에서 90% 이하일 수 있으나 이에 제한받지 않는다. In one aspect of the present invention, the capacity retention rate at the 100th cycle of the lithium ion secondary battery may be 90% or more at 25°C and 70% or more at 45°C. More specifically, the capacity retention rate at the 100th cycle may be 94% or more at 25°C and 80% or more at 45°C. It is, but is not limited to, 99% or less at 25°C, and 90% or less at 45°C, but is not limited thereto.

이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교 예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교 예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples. However, the following Examples and Comparative Examples are only one example for describing the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following Examples and Comparative Examples.

[시험예] [Test Example]

(1) 이온전도도 측정(1) Ion conductivity measurement

이온전도도 특성 평가는 임피던스 측정기(Zahner IM6e)을 이용하여 -20℃ 내지 100℃에서 측정하였다. 제조한 코인 셀을 온도별로 저항을 측정하여 두께를 저항과 면적으로 나눠 전도도 값을 계산하였다.The evaluation of ionic conductivity characteristics was measured at -20°C to 100°C using an impedance meter (Zahner IM6e). The prepared coin cell was measured for resistance by temperature, and the conductivity value was calculated by dividing the thickness by resistance and area.

(2) 충방전 특성 평가 (2) Evaluation of charge/discharge characteristics

충방전 특성 평가는 전지 충방전 테스터(WonAtech WBCS3000Le)을 이용하여 25oC 및 45 oC에서 측정하였다. 코인 셀을 3.0 V까지 방전시킨 뒤 4.2 V까지 충전시키는 반복적인 과정을 통해 사이클 데이터를 얻었다. 초기효율은 초기의 방전용량을 충전용량으로 나눈 값을 나타내었다. 양극 활물질로 사용되는 NCM811(니켈:코발트:망간=8:1:1)의 비가역 용량이 크기 때문에 두 번째 방전용량을 기준으로, 100번째 사이클일 때의 용량유지율을 측정하였다. The evaluation of charge/discharge characteristics was measured at 25 o C and 45 o C using a battery charge/discharge tester (WonAtech WBCS3000Le). Cycle data was obtained through an iterative process of discharging the coin cell to 3.0 V and then charging it to 4.2 V. The initial efficiency was expressed by dividing the initial discharge capacity by the charging capacity. Since the irreversible capacity of NCM811 (nickel: cobalt: manganese = 8:1:1) used as the positive electrode active material is large, the capacity retention rate at the 100th cycle was measured based on the second discharge capacity.

(3) 중량 평균 분자량 측정(3) Weight average molecular weight measurement

제조된 중합체를 테트라하이드로 퓨란에 녹여 겔 삼투 크로마토그래피 (GPC)를 이용하여 측정하였다.The prepared polymer was dissolved in tetrahydrofuran and measured using gel osmosis chromatography (GPC).

중량평균분자량은 워터스(Waters)사 제품 겔침투크로마토그래피(GPC) 장비를 이용하여 측정하였다. 장비는 이동상 펌프(M515 Pump), 컬럼히터(ALLCOLHTRB), 검출기(2414 R.I. Detector), 주입기(2695 EB 자동주입기)로 구성되며 분석 컬럼은 WATERS사의 Styragel HR을 사용하였으며 표준물질로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) American polymer standard corporation STD를 사용하였다. 이동상 용매로는 HPLC급 테트라하이드로퓨란(THF)를 사용하고 컬럼히터 온도 40℃, 이동상 용매 흐름속도 1.0 mL/min의 조건으로 측정한다. 시료 분석을 위해 준비된 수지를 이동상 용매인 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해시킨 후 GPC장비에 주입하여 중량평균분자량을 측정하였다.The weight average molecular weight was measured using a Gel Permeation Chromatography (GPC) equipment manufactured by Waters. The equipment consists of a mobile phase pump (M515 Pump), a column heater (ALLCOLHTRB), a detector (2414 RI Detector), and an injector (2695 EB automatic injector), and the analytical column is WATERS' Styragel HR. Late (PMMA) American polymer standard corporation STD was used. As the mobile phase solvent, HPLC grade tetrahydrofuran (THF) was used, and the measurement was performed under the conditions of a column heater temperature of 40°C and a mobile phase solvent flow rate of 1.0 mL/min. The resin prepared for sample analysis was dissolved in tetrahydrofuran (THF), a mobile phase solvent, and then injected into a GPC device to measure the weight average molecular weight.

(4) 박리 강도 측정 (4) Peel strength measurement

박리 강도 측정은 만능물성시험기(Lloyd TA1)을 이용하여 제조한 전극을 2.5 cm*5cm 사이즈로 하여 접착한 테이프를 20mm/min 속도에서 180o로 박리하여 측정하였다. 측정된 힘을 박리한 길이로 나눠 박리 강도 값을 계산하였다. Peel strength measurement was measured by peeling the adhesive tape at a rate of 180° at a speed of 20 mm/min with an electrode manufactured using a universal physical property tester (Lloyd TA1) having a size of 2.5 cm*5 cm. The peel strength value was calculated by dividing the measured force by the peeled length.

<제조예 1> 펜타에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Pentaethylene glycol monomethyl ether)의 합성<Preparation Example 1> Synthesis of pentaethylene glycol monomethyl ether

질소 분위기 하에 250 mL 2구 둥근 바닥 플라스크에 테트라에틸렌 글리콜(tetraethylene glycol, 10 g, 0.05 mol)을 무수 테트라하이드로퓨란 (120 mL)에 용해한 후 0℃에서 소듐 하이드라이드(sodium hydride, 2 g, 0.05 mol)을 가한 후 30분간 교반하였다. 0℃에서 무수 테트라하이드로퓨란에 녹인 2-메틸에틸-p-톨루엔설폰네이트(2-methylethyl p-toluenesulfonate, 11.51 g, 0.05 mol)을 한 방울씩 가하고 1시간 동안 교반하고 이후 환류 조건으로 승온 시킨 후 20시간 동안 반응하였다. 반응 종료 시 용매를 제거하고 메틸렌 클로라이드로 추출, 염수로 세척한 후 유기층을 황산마그네슘으로 건조하고 컬럼하여 생성물인 펜타에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르를 수득하였다.After dissolving tetraethylene glycol (10 g, 0.05 mol) in anhydrous tetrahydrofuran (120 mL) in a 250 mL 2-neck round bottom flask under a nitrogen atmosphere, sodium hydride (2 g, 0.05 mol) at 0°C. mol) was added and stirred for 30 minutes. 2-methylethyl-p-toluenesulfonate (2-methylethyl p-toluenesulfonate, 11.51 g, 0.05 mol) dissolved in anhydrous tetrahydrofuran at 0°C was added dropwise, stirred for 1 hour, and then heated to reflux condition. It reacted for 20 hours. At the end of the reaction, the solvent was removed, extracted with methylene chloride, washed with brine, and the organic layer was dried over magnesium sulfate and column to obtain pentaethylene glycol monomethyl ether as a product.

[실시예 1] [Example 1]

질소 분위기 하에 250 mL 2구 둥근 바닥 플라스크에 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 메타아크릴레이트(4.64 g, 0.02 mol), 메틸 메타아크릴레이트(4.0048 g, 0.04 mol), 아조비스이소부티로니트릴(AIBN, 0.246 g, 0.0015 mol), 메틸 알코올 (15 mL)을 첨가하고 환류 조건에서 36시간 반응하였다. 반응종료 시 실온으로 냉각시킨 후 메틸 알코올을 첨가하여 고분자를 용해한 후 15℃ 에테르 에서 침전을 시켰다. 메틸 알코올과 에테르로 여러 번 세척한 후 얻은 고분자를 60 ℃의 진공건조 하여 그라프트 공중합체를 얻었다. 합성된 그라프트 공중합체의 몰당 에틸렌글리콜 함유량 및 분자량, PDI 값을 측정하여 표 1에 기재하였다.Triethylene glycol monomethyl ether methacrylate (4.64 g, 0.02 mol), methyl methacrylate (4.0048 g, 0.04 mol), azobisisobutyronitrile (AIBN, 0.246) in a 250 mL two neck round bottom flask under a nitrogen atmosphere. g, 0.0015 mol) and methyl alcohol (15 mL) were added, followed by reaction for 36 hours under reflux conditions. At the end of the reaction, after cooling to room temperature, methyl alcohol was added to dissolve the polymer, followed by precipitation in ether at 15°C. After washing several times with methyl alcohol and ether, the obtained polymer was vacuum-dried at 60° C. to obtain a graft copolymer. The ethylene glycol content, molecular weight, and PDI values per mole of the synthesized graft copolymer were measured and shown in Table 1.

<이온 전도도 측정용 코인 셀 제조> <Manufacture of coin cell for ion conductivity measurement>

리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, LiTFSi)와 상기 그라프트 공중합체를 에틸렌글리콜기와 리튬 염과의 몰비(EO)/Li] 20이 되도록 혼합하고 아세톤을 용매로 하여 16π spacer 위에 solvent casting 하였다. 상온에서 24시간, 40℃ 진공오븐에서 2시간 건조한 후 두께를 약 0.035mm로 하고 2032형 코인 셀을 사용하여 이온전도도 측정용 코인 셀(N코인셀)을 하기 도 1과 같이 제조하고 이온전도도를 측정하여 표 2에 기재하였다. Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiTFSi) and the graft copolymer are mixed so that the molar ratio of ethylene glycol group and lithium salt (EO)/Li] is 20, and acetone is Solvent casting was performed on the 16π spacer as a solvent. After drying at room temperature for 24 hours and in a vacuum oven at 40° C. for 2 hours, the thickness is about 0.035 mm, and a coin cell (N coin cell) for ion conductivity measurement using a 2032 type coin cell is prepared as shown in FIG. 1 and the ion conductivity is measured. It was measured and described in Table 2.

<이온 전도도 측정용 PEGDME 포함 코인 셀 제조> <Manufacture of coin cell containing PEGDME for ion conductivity measurement>

상기 그라프트 공중합체와 중량평균분자량이 500g/mol인 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 (Poly(ethylene glycol) dimethyl ether, PEGDME)를 2:1의 무게비로 혼합한 혼합물울 용매인 아세톤에 용해시킨 후 상기 혼합물에 포함되는 에틸렌글리콜기와 LiTFSi를 몰비로 [EO]/[Li]=20 이 되도록 혼합하고 16π spacer 위에 solvent casting 하였다. 상온에서 24시간, 40℃ 진공오븐에서 2시간 건조한 후 두께를 약 0.035mm로 하고 2032형 코인 셀을 사용하여 이온전도도 측정용 코인 셀(P코인셀)을 하기 도 1과 같이 제조하고 이온전도도를 측정하여 표 2에 기재하였다. A mixture of the graft copolymer and polyethylene glycol dimethyl ether (PEGDME) having a weight average molecular weight of 500 g/mol at a weight ratio of 2:1 was dissolved in acetone, a solvent, and then added to the mixture. The included ethylene glycol group and LiTFSi were mixed in a molar ratio of [EO]/[Li]=20, and subjected to solvent casting on a 16π spacer. After drying at room temperature for 24 hours and in a vacuum oven at 40° C. for 2 hours, the thickness is about 0.035 mm, and a coin cell (P coin cell) for ion conductivity measurement using a 2032 type coin cell is prepared as shown in FIG. 1 and the ion conductivity is measured. It was measured and described in Table 2.

<반쪽 셀(Half cell) 제조><Manufacture of Half Cell>

NCM811, carbon black(super P) 및 상기 그라프트 공중합체를 70 : 8 : 22의 중량비로 혼합하고 2.1 g의 메틸피롤리돈을 첨가하였다. 자동 믹서로 30분 동안 혼합한 후 일정한 규격의 알루미늄 포일(Al foil) 위에 코팅하였다. 항온 챔버 120℃에서 2시간 동안 건조 후 건조된 전극을 압축하고 14π로 펀칭하여 활물질의 로딩량을 2.3 내지 2.7 mg/cm2으로 맞춘 후 120℃ 진공 오븐에서 24시간 건조하여 리튬이온 이차전지용 양극을 제조하였다.NCM811, carbon black (super P) and the graft copolymer were mixed at a weight ratio of 70:8:22, and 2.1 g of methylpyrrolidone was added. After mixing for 30 minutes with an automatic mixer, it was coated on an aluminum foil of a certain standard. After drying in a constant temperature chamber at 120℃ for 2 hours, the dried electrode was compressed and punched with 14π to adjust the loading amount of the active material to 2.3 to 2.7 mg/cm 2 , and dried in a vacuum oven at 120℃ for 24 hours to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery. Was prepared.

다음으로, 상기 리튬이온 이차 전지용 양극을 작업 전극으로, 리튬 포일을 기준 전극과 상대 전극으로 하여 반쪽 셀을 제작하였다. 2032형 코인 셀을 제조하여 수행했으며, 아르곤 충전 글러브 박스에서 조립하였다. 이 시험 전지는 두 개의 전극 사이에 고체 고분자 전해질로 함침된 분리막을 끼우고 도 2와 같이 조립하였다. Next, a half cell was fabricated using the positive electrode for a lithium ion secondary battery as a working electrode and a lithium foil as a reference electrode and a counter electrode. A 2032 type coin cell was manufactured and performed, and was assembled in an argon-filled glove box. This test cell was assembled as shown in FIG. 2 by sandwiching a separator impregnated with a solid polymer electrolyte between two electrodes.

상기 분리막은 다공률 75 %, 두께 0.0304mm의 미세 다공성 부직포 분리막을 사용하였다. 상기 고체 고분자 전해질은 PEGDME와 Bisphenol A를 8 : 2 무게비로 혼합한 혼합물에 [EO]/[Li]=15의 몰비로 LiTFSi를 첨가하였고, 추가적으로 플루오로에틸렌 카보네이트 (fluoroethylene carbonate, FEC) 첨가제를 고체 고분자 전해질 총 중량중 5 wt%가 되도록 첨가하여 제조하였다. As the separator, a microporous nonwoven fabric separator having a porosity of 75% and a thickness of 0.0304 mm was used. In the solid polymer electrolyte, LiTFSi was added in a molar ratio of [EO]/[Li]=15 to a mixture of PEGDME and Bisphenol A in a weight ratio of 8: 2, and additionally, a fluoroethylene carbonate (FEC) additive was used as a solid. It was prepared by adding so as to be 5 wt% of the total weight of the polymer electrolyte.

제조된 반쪽 셀을 상기 충방전 측정 평가를 위해 25℃에서 충방전 효율을 측정하여 표 3에 기재하였고, 45℃에서 충방전 효율을 측정하여 표 4에 기재하였다. The prepared half-cell was described in Table 3 by measuring the charge/discharge efficiency at 25° C. for the charge/discharge measurement evaluation, and the charge/discharge efficiency was measured at 45° C. and described in Table 4.

<박리 강도 측정용 전극 제조><Manufacture of electrodes for measuring peel strength>

NCM811, carbon black(super P) 및 상기 그라프트 공중합체를 70 : 8 : 22의 중량비로 혼합하고 2.1 g의 메틸피롤리돈을 첨가하였다. 자동 믹서로 30분 동안 혼합한 후 일정한 규격의 알루미늄 포일(Al foil) 위에 코팅하였다. 항온 챔버 120℃에서 2시간 동안 건조 후 건조된 전극을 압축하고 크기가 2.5cm*5cm 되게 자른 후 120℃ 진공 오븐에서 24시간 건조하여 박리 강도 측정용 양극을 제조하였다. 이 후 테이프를 접착한 후 박리 강도를 측정하여 도 5에 나타내었다.NCM811, carbon black (super P) and the graft copolymer were mixed at a weight ratio of 70:8:22, and 2.1 g of methylpyrrolidone was added. After mixing for 30 minutes with an automatic mixer, it was coated on an aluminum foil of a certain standard. After drying in a constant temperature chamber at 120° C. for 2 hours, the dried electrode was compressed, cut to a size of 2.5 cm*5 cm, and dried in a vacuum oven at 120° C. for 24 hours to prepare a positive electrode for measuring peel strength. Thereafter, after the tape was adhered, the peel strength was measured and shown in FIG. 5.

[실시예 2] [Example 2]

상기 실시예 1에 상기 바인더 전구체 제조시 트리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트(9.29 g, 0.04 mol)), 메틸 메타아크릴레이트(2.0024 g, 0.02 mol)의 조성으로 합성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 또한, 각각 물성을 측정하여 하기 표 1 내지 4에 나타내었다. Except for the synthesis of the composition of triethylene glycol methyl ether methacrylate (9.29 g, 0.04 mol)) and methyl methacrylate (2.0024 g, 0.02 mol) in the preparation of the binder precursor in Example 1, the same was carried out. I did. In addition, the physical properties were measured and shown in Tables 1 to 4 below.

[실시예 3] [Example 3]

상기 실시예 1에 상기 바인더 전구체 제조시 폴리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 메타아크릴레이트(polyethylene glycol methyl ether methacrylate(Mn 300), 9 g, 0.03 mol), 메틸 메타아크릴레이트 (1.5 g, 0.015 mol) 및 아조비스이소부티로니트릴(AIBN, 0.185 g, 0.001125 mol)의 조성으로 합성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 또한, 각각 물성을 측정하여 하기 표 1 내지 4에 나타내었다. In Example 1, when preparing the binder precursor, polyethylene glycol methyl ether methacrylate (Mn 300), 9 g, 0.03 mol), methyl methacrylate (1.5 g, 0.015 mol) and azobisiso Except for the synthesis of the composition of butyronitrile (AIBN, 0.185 g, 0.001125 mol) was carried out in the same manner. In addition, the physical properties were measured and shown in Tables 1 to 4 below.

[실시예 4] [Example 4]

상기 실시예 1에 상기 바인더 전구체 제조시 폴리에틸렌 글리콜 메타 에테르 메타아크릴레이트 (polyethylene glycol methyl ether methacrylate(Mn 500), 15 g, 0.03 mol), 메틸 메타아크릴레이트 (1.5 g, 0.015 mol) 및 아조비스이소부티로니트릴(AIBN, 0.185 g, 0.001125 mol)의 조성으로 합성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 또한, 각각 물성을 측정하여 하기 표 1 내지 4에 나타내었다. In the preparation of the binder precursor in Example 1, polyethylene glycol methyl ether methacrylate (Mn 500), 15 g, 0.03 mol), methyl methacrylate (1.5 g, 0.015 mol) and azobisiso Except for the synthesis of the composition of butyronitrile (AIBN, 0.185 g, 0.001125 mol) was carried out in the same manner. In addition, the physical properties were measured and shown in Tables 1 to 4 below.

[실시예 5] [Example 5]

상기 실시예 1에 상기 바인더 전구체 제조시 제조예 1에서 합성된 펜타에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 메타크릴레이트 (3.12 g, 0.00974 mol), 메틸 메타아크릴레이트(0.486 g, 0.00487 mol) 및 아조비스이소부티로니트릴(AIBN, 0.060g, 0.000365 mol)의 조성으로 합성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 또한, 각각 물성을 측정하여 하기 표 1 내지 4에 나타내었다. In Example 1, when preparing the binder precursor, pentaethylene glycol monomethyl ether methacrylate synthesized in Preparation Example 1 (3.12 g, 0.00974 mol), methyl methacrylate (0.486 g, 0.00487 mol) and azobisisobutyro Except for the synthesis of the composition of nitrile (AIBN, 0.060g, 0.000365 mol) was carried out in the same manner. In addition, the physical properties were measured and shown in Tables 1 to 4 below.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 실시예1에 상기 바인더 전구체 제조시 상기 그라프트 공중합체 대신 PVdF를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 또한, 각각 물성을 측정하여 하기 표 2 내지 4에 나타내었다. In Example 1, the preparation of the binder precursor was carried out in the same manner, except that PVdF was used instead of the graft copolymer. In addition, the physical properties were measured and shown in Tables 2 to 4 below.

nEGMA:
MMA 몰비율
nEGMA:
MMA molar ratio
AIBNAIBN 반응시간
(시간)
Reaction time
(time)
MnMn MwMw PDIPDI
실시예1Example 1 1:21:2 2.5 mol%2.5 mol% 3636 26,00026,000 81,00081,000 3.13.1 실시예2Example 2 2:12:1 2.5 mol%2.5 mol% 3636 49,00049,000 173,000173,000 3.53.5 실시예3Example 3 2:12:1 2.5 mol%2.5 mol% 3636 37,00037,000 163,000163,000 4.34.3 실시예4Example 4 2:12:1 2.5 mol%2.5 mol% 3636 26,00026,000 87,00087,000 3.33.3 실시예5Example 5 2:12:1 2.5 mol%2.5 mol% 3636 34,00034,000 99,00099,000 2.92.9

표 1에서 nEGMA는 실시예 1 내지 5에서 사용된 에틸렌글리콜 올리고머 모노메틸 에테르 메타아크릴레이트를 의미한다. 상기 실시예 1 내지 5에서 사용된 에틸렌글리콜 올리고머 모노메틸 에테르 메타아크릴레이트 하나의 분자 내에 포함되는 에틸렌글리콜의 반복단위의 수는 다음과 같다.In Table 1, nEGMA means ethylene glycol oligomer monomethyl ether methacrylate used in Examples 1 to 5. The number of repeating units of ethylene glycol contained in one molecule of ethylene glycol oligomer monomethyl ether methacrylate used in Examples 1 to 5 is as follows.

실시예 1, 2 : [EO]/mol = 3Examples 1 and 2: [EO]/mol = 3

실시예 3 : [EO]/mol = 4.5Example 3: [EO]/mol = 4.5

실시예 4 : [EO]/mol = 9.0Example 4: [EO]/mol = 9.0

실시예 5 : [EO]/mol = 5Example 5: [EO]/mol = 5

N 코인셀 /이온전도도(S/cm)N coin cell / ion conductivity (S/cm) P 코인셀 /이온전도도(S/cm)P coin cell / ion conductivity (S/cm) 바인더 전구체Binder precursor 25 ℃(3.35)* 25 °C (3.35)* 60 ℃(3.00)* 60 ℃ (3.00)* 25 ℃ (3.35)*25 ℃ (3.35)* 60 ℃ (3.00)* 60 ℃ (3.00)* 실시예 1Example 1 6.47X10-8 6.47X10 -8 3.05X10-6 3.05X10 -6 1.68X10-6 1.68X10 -6 3.96X10-5 3.96X10 -5 실시예 2Example 2 1.45X10-7 1.45X10 -7 7.05X10-6 7.05X10 -6 1.19X10-5 1.19X10 -5 1.96X10-4 1.96X10 -4 실시예 3Example 3 5.02X10-7 5.02X10 -7 1.29X10-5 1.29X10 -5 1.26X10-4 1.26X10 -4 4.87X10-4 4.87X10 -4 실시예 4Example 4 9.44X10-6 9.44X10 -6 1.27X10-4 1.27X10 -4 2.62X10-4 2.62X10 -4 2.10X10-3 2.10X10 -3 실시예 5Example 5 5.15X10-7 5.15X10 -7 1.75X10-5 1.75X10 -5 2.49X10-4 2.49X10 -4 4.24X10-4 4.24X10 -4 비교예 1Comparative Example 1 3.60X10-10 3.60X10 -10 1.00X10-8 1.00X10 -8 1.12X10-9 1.12X10 -9 3.64X10-8 3.64X10 -8

상기 표 2에서 괄호 안의 *값은 온도(℃)를 1000/K 단위로 환산한 값을 의미한다.In Table 2, the * value in parentheses means a value obtained by converting the temperature (℃) into 1000/K units.

25 oC
Cycle
25 o C
Cycle
충전
용량
(mAh/g)
charge
Volume
(mAh/g)
방전
용량
(mAh/g)
Discharge
Volume
(mAh/g)
초기
효율
(%)
Early
efficiency
(%)
100번째 사이클
일 때의
충전용량
(mAh/g)
100th cycle
When
Charging capacity
(mAh/g)
100번째 사이클
일 때의
방전용량
(mAh/g)
100th cycle
When
Discharge capacity
(mAh/g)
100번째 사이클
일 때의
효율
(%)
100th cycle
When
efficiency
(%)
100번째 사이클
일 때의 용량유지율
(%)
100th cycle
Capacity retention rate when
(%)
실시예 1Example 1 132132 115115 8787 114114 113113 9999 9898 실시예 2Example 2 145145 120120 8383 101101 100100 9999 8383 실시예 3Example 3 132132 108108 8282 103103 101101 9898 9494 실시예 4Example 4 148148 117117 7979 140140 102102 7373 8787 실시예 5Example 5 158158 128128 8181 113113 112112 9999 8888 비교예 1Comparative Example 1 148148 120120 8181 9595 9494 9999 7878

45 oC
Cycle
45 o C
Cycle
충전
용량
(mAh/g)
charge
Volume
(mAh/g)
방전
용량
(mAh/g)
Discharge
Volume
(mAh/g)
초기
효율
(%)
Early
efficiency
(%)
100번째 사이클
일 때의
충전용량
(mAh/g)
100th cycle
When
Charging capacity
(mAh/g)
100번째 사이클
일 때의
방전용량
(mAh/g)
100th cycle
When
Discharge capacity
(mAh/g)
100번째 사이클
일 때의
효율
(%)
100th cycle
When
efficiency
(%)
100번째 사이클
일 때의 용량유지율
(%)
100th cycle
Capacity retention rate when
(%)
실시예 1Example 1 158158 145145 9292 120120 119119 9999 8282 실시예 2Example 2 158158 144144 9191 117117 117117 100100 8181 실시예 3Example 3 153153 138138 9090 110110 109109 9999 7979 실시예 4Example 4 162162 144144 8989 112112 111111 9999 7777 실시예 5Example 5 145145 120120 8383 107107 106106 9999 8888 비교예 1Comparative Example 1 156156 132132 8585 8888 8787 9999 6666

표 2에 기재된 것과 같이 실시예의 경우 비교예 대비 높은 이온전도도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 특히, N 코인셀에서 측정된 실시예의 이온전도도가 N코인셀에서 측정된 비교예의 이온전도도보다 작게는 170배에서 많게는 26,000배정도 차이나는 것으로 확인되었다. 또한 P 코인셀에서 측정된 실시예의 이온전도도가 P코인셀에서 측정된 비교예의 이온전도도보다 작게는 1,500배에서 많게는 230,000배정도 차이나는 것으로 확인되었다. 도 4 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, N 코인셀에서의 실시예와 P 코인셀의 비교예의 이온전도도 측정은 50배 내지 8,000배 정도 차이나는 것으로 확인되었다. PEGDME는 본 발명에 따른 그라프트 공중합체와 동일한 폴리에틸렌 글리콜을 포함하고 있음에도 불구하고, PVDF와 혼합시 낮은 이온전도도를 가지는 반면 본 발명에 따른 그라프트 공중합체를 포함하는 실시예는 매우 높은 이온전도도를 가지는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 그라프트 공중합체가 폴리에틸렌 글리콜을 측쇄로 포함함으로써 폴리에틸렌 글리콜을 주쇄로 포함하는 바인더 대비 우수한 결착 특성을 가지며, 높은 이온 전도도의 현저한 효과를 가지는 것을 시사한다.As shown in Table 2, it can be seen that the example has higher ionic conductivity than the comparative example. In particular, it was confirmed that the ionic conductivity of the example measured in the N coin cell differs from 170 times to as much as 26,000 times less than the ionic conductivity of the comparative example measured in the N coin cell. In addition, it was confirmed that the ionic conductivity of the Example measured in the P coin cell differs from 1,500 times to as much as 230,000 times less than the ionic conductivity of the Comparative Example measured in the P coin cell. As can be seen in Fig. 4 and Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity measurements of the Example in the N coin cell and the Comparative Example in the P coin cell differ by 50 to 8,000 times. Although PEGDME contains the same polyethylene glycol as the graft copolymer according to the present invention, it has low ionic conductivity when mixed with PVDF, whereas the examples including the graft copolymer according to the present invention have very high ionic conductivity. You can see what you have. This suggests that the graft copolymer according to the present invention contains polyethylene glycol as a side chain, so that it has excellent binding properties compared to a binder containing polyethylene glycol as a main chain, and has a remarkable effect of high ionic conductivity.

한편, 표 3, 표 4 및 그림 3에 기재된 것과 같이, 실시예의 용량 유지율은 비교예 대비 매우 높게 나타났다. 이는 본 발명에 따른 그라프트 공중합체가 불소계 고분자 바인더에 비해 결착 특성이 동등 또는 유사한 것을 시사하며, 이러한 우수한 용량 유지율은 그라프트 공중합체에 포함되는 에틸렌글리콜 올리고머의 높은 유연성 및 높은 이온전도도에 의한 것으로 사료된다.On the other hand, as shown in Table 3, Table 4, and Figure 3, the capacity retention rate of the example was very high compared to the comparative example. This suggests that the graft copolymer according to the present invention has the same or similar binding properties as compared to the fluorine-based polymer binder, and this excellent capacity retention is due to the high flexibility and high ionic conductivity of the ethylene glycol oligomer contained in the graft copolymer. It is feed.

또한, 도 5는 결착력을 시험하기 위한 것으로 상기 도면에 도시된 바와 같이, 실시예의 박리 강도는 비교예보다 높게 나타났다. 실시예 1의 박리 강도(48.92±1.34 N/m)와 실시예 2의 박리 강도(44.96±0.20 N/m)는 비교예 1의 박리 강도(18.34 ±1.43 N/m)보다 약 2.5배 이상 높은 값으로, 이는 본 발명에 따른 그라프트 공중합체가 불소계 고분자 바인더에 비해 결착 특성이 매우 우수하다는 것을 시사한다.In addition, Figure 5 is for testing the binding force, and as shown in the figure, the peel strength of the Example was higher than that of the Comparative Example. The peel strength of Example 1 (48.92±1.34 N/m) and the peel strength of Example 2 (44.96±0.20 N/m) were about 2.5 times higher than the peel strength of Comparative Example 1 (18.34±1.43 N/m). As a value, this suggests that the graft copolymer according to the present invention has very excellent binding properties compared to the fluorine-based polymer binder.

Claims (10)

집전체 상에 하기 화학식 1로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머를 측쇄로 포함하고, 아크릴레이트를 주쇄로 포함하는 그라프트 공중합체; 및 리튬금속산화물계 양극활물질을 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극.
[화학식 1]
R1-(O-CH2-CH2)n-*
(상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1~C6의 알킬기이며, n은 3 이상 20 이하의 정수이다.)
A graft copolymer including an ethylene glycol oligomer represented by the following Formula 1 as a side chain on the current collector and including an acrylate as a main chain; And a positive electrode for a lithium ion secondary battery on which a positive electrode active material layer including a lithium metal oxide-based positive electrode active material is formed.
[Formula 1]
R 1 -(O-CH 2 -CH 2 )n-*
(In Formula 1, R 1 is hydrogen or a C 1 to C 6 alkyl group, and n is an integer of 3 or more and 20 or less.)
제 1항에 있어서,
상기 그라프트 공중합체는 알킬 아크릴레이트계 단량체로부터 유래된 반복단위를 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극.
The method of claim 1,
The graft copolymer is a positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer including a repeating unit derived from an alkyl acrylate-based monomer is formed.
제 1항에 있어서,
상기 그라프트 공중합체는 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체 및 알킬 아크릴레이트계 단량체로부터 유래된 반복단위를 포함하고, 상기 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체와 알킬 아크릴레이트계 단량체의 몰비는 1:0.1 내지 1:5인 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극.
The method of claim 1,
The graft copolymer includes a repeating unit derived from an acrylate-based monomer including an ethylene glycol oligomer and an alkyl acrylate-based monomer, and the molar ratio of the acrylate-based monomer and the alkyl acrylate-based monomer including the ethylene glycol oligomer A positive electrode for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer of 1:0.1 to 1:5 is formed.
제 1항에 있어서,
상기 그라프트 공중합체는 화학식 2로 표시되는 에틸렌글리콜 올리고머를 포함하는 아크릴레이트계 단량체 및 메틸 메타크릴레이트로부터 유래된 반복단위를 포함하는 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극.
[화학식 2]
R2-(O-CH2-CH2)m-O-C(O)-CH(R3)=CH2
(상기 화학식 1에서 R2은 C1~C4의 알킬기이며, R3는 수소 또는 메틸기이고, m은 3 이상 15 이하의 정수이다.)
The method of claim 1,
The graft copolymer is a positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer including a repeating unit derived from an acrylate monomer including an ethylene glycol oligomer represented by Chemical Formula 2 and a methyl methacrylate is formed.
[Formula 2]
R 2 -(O-CH 2 -CH 2 ) m -OC(O)-CH(R 3 )=CH 2
(In Formula 1, R 2 is a C 1 to C 4 alkyl group, R 3 is a hydrogen or a methyl group, and m is an integer of 3 or more and 15 or less.)
제 1항에 있어서,
상기 그라프트 공중합체의 중량평균분자량은 20,000 내지 500,000인 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극.
The method of claim 1,
A positive electrode for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer having a weight average molecular weight of 20,000 to 500,000 of the graft copolymer.
제 1항에 있어서,
상기 리튬이온 이차전지용 양극은 불소계 고분자를 실질적으로 포함하지 않는 양극활물질층이 형성된 것인 리튬이온 이차전지용 양극.
The method of claim 1,
The positive electrode for a lithium ion secondary battery is a positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer substantially not containing a fluorine-based polymer is formed.
제 1항에 있어서,
상기 그라프트 공중합체의 이온전도도는 25℃에서 1X10-8 내지 1X10-6 S/cm 범위를 가지며, 60℃에서 1X10-6 내지 1X10-4 S/cm 범위를 가지는, 양극활물질층이 형성된 리튬이온 이차전지용 양극.
The method of claim 1,
The ionic conductivity of the graft copolymer has a range of 1X10 -8 to 1X10 -6 S/cm at 25°C, and a range of 1X10 -6 to 1X10 -4 S/cm at 60°C, lithium ion having a positive electrode active material layer Anode for secondary batteries.
양극, 분리막 및 음극을 포함하는 리튬이온 이차 전지에 있어서,
상기 양극은 제1항 내지 제7항에서 선택되는 어느 한 항의 리튬이온 이차전지용 양극인, 리튬이온 이차전지.
In a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a separator, and a negative electrode,
The positive electrode is the positive electrode for a lithium-ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, a lithium-ion secondary battery.
제 8항에 있어서,
상기 음극은 음극 집전체 및 이의 상부에 리튬을 포함하는 금속박이 적층된 구조를 가지는 리튬이온 이차전지.
The method of claim 8,
The negative electrode is a lithium ion secondary battery having a structure in which a negative electrode current collector and a metal foil including lithium are laminated on the upper portion thereof.
제 8항에 있어서,
상기 리튬이온 이차전지의 100번째 사이클때의 용량 유지율이 25℃에서 90% 이상이고, 45℃에서 70% 이상인 리튬이온 이차전지.
The method of claim 8,
The lithium ion secondary battery having a capacity retention rate of 90% or more at 25°C and 70% or more at 45°C of the lithium ion secondary battery at the 100th cycle.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116715798A (en) * 2023-08-03 2023-09-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 Fluorine-containing polymer, preparation method, positive electrode plate, secondary battery and electricity utilization device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001035496A (en) * 1999-07-15 2001-02-09 Nippon Zeon Co Ltd Binder composition for lithium ion secondary battery electrode and its use
KR20040063938A (en) * 2001-12-27 2004-07-14 닛폰고세이가가쿠고교 가부시키가이샤 Lithium polymer cell and manufacturing method thereof
KR20150005528A (en) * 2012-04-03 2015-01-14 가부시키가이샤 지에스 유아사 Positive electrode paste for cell
KR20190053120A (en) 2017-11-09 2019-05-17 주식회사 엘지화학 Multi-layer Electrode for Secondary Battery Comprising Binder with High Crystallinity
KR20190080697A (en) * 2017-12-28 2019-07-08 삼성에스디아이 주식회사 Binder for rechargable battery, binder resin composition for rechargable battery, electrode for rechargable battery, and rechargable battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001035496A (en) * 1999-07-15 2001-02-09 Nippon Zeon Co Ltd Binder composition for lithium ion secondary battery electrode and its use
KR20040063938A (en) * 2001-12-27 2004-07-14 닛폰고세이가가쿠고교 가부시키가이샤 Lithium polymer cell and manufacturing method thereof
KR20150005528A (en) * 2012-04-03 2015-01-14 가부시키가이샤 지에스 유아사 Positive electrode paste for cell
KR20190053120A (en) 2017-11-09 2019-05-17 주식회사 엘지화학 Multi-layer Electrode for Secondary Battery Comprising Binder with High Crystallinity
KR20190080697A (en) * 2017-12-28 2019-07-08 삼성에스디아이 주식회사 Binder for rechargable battery, binder resin composition for rechargable battery, electrode for rechargable battery, and rechargable battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116715798A (en) * 2023-08-03 2023-09-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 Fluorine-containing polymer, preparation method, positive electrode plate, secondary battery and electricity utilization device
CN116715798B (en) * 2023-08-03 2024-02-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 Fluorine-containing polymer, preparation method, positive electrode plate, secondary battery and electricity utilization device

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