KR20220039604A - Binder for anode of secondary battery, anode of secondary battery and secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차 전지 음극용 바인더, 이차 전지 음극 및 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a binder for a secondary battery negative electrode, a secondary battery negative electrode, and a secondary battery.
현재 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 소형 전자 기기의 전원으로서, 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 이차 전지가 널리 적용되고 있다.Currently, a secondary battery having a high energy density and voltage is widely applied as a power source for small electronic devices such as portable computers, portable telephones, and cameras.
최근에는, 고용량 이차 전지가 적용된 대형 전자 기기(예를 들어, 전기 자동차, 전력 저장 장치 등) 또한 상용화되면서, 높은 에너지 밀도와 높은 출력 특성을 가지면서도, 전지 내부 저항이 낮고 수명이 긴 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.Recently, as large electronic devices (eg, electric vehicles, power storage devices, etc.) to which high-capacity secondary batteries are applied have also been commercialized, secondary batteries with high energy density and high output characteristics, low internal resistance, and long lifespan have been used. demand for it is increasing.
이러한 수요에 부합하기 위해, 양극 활물질을 통해 에너지 밀도를 개선하고, 음극 활물질을 통해 출력을 개선하는 다양한 기술들이 제안되었다. 다만, 고용량 양극 활물질 및 고출력 음극 활물질을 적용한 각각의 전극에서, 충전과 방전이 반복되면서 음극 집전체와 활물질; 또는 서로 다른 활물질; 사이의 결합이 결합이 느슨해지고, 입자 간 접촉 저항이 증가하여, 전극의 자체 저항 역시 커지게 될 수 있다.In order to meet this demand, various technologies for improving energy density through the positive active material and improving the output through the negative active material have been proposed. However, in each electrode to which a high-capacity positive active material and a high-output negative active material are applied, charging and discharging are repeated while a negative current collector and an active material; or different active materials; The bond between the two may be loosened, and the contact resistance between particles may increase, so that the resistance of the electrode itself may also be increased.
특히, 최근에는 천연 흑연보다 방전 용량이 큰 실리콘, 주석, 실리콘-주석 합금 등을 음극 활물질로 사용하기 위한 연구가 진행 중인데, 방전 용량이 큰 음극 활물질은 충방전 시 부피 변화가 심하여 음극 접착력을 약화시키고, 이차 전지의 내부 저항을 증가시키며 수명은 감축시키는 문제를 야기하고 있다. 그러나, 이와 같은 문제는, 현재 널리 사용되는 음극용 바인더(예를 들어, PVDF)를 사용하는 한, 해결되기 어렵다. In particular, recently, research is underway to use silicon, tin, silicon-tin alloy, etc., which have a larger discharge capacity than natural graphite, as an anode active material. This causes a problem of increasing the internal resistance of the secondary battery and reducing the lifespan. However, such a problem is difficult to solve as long as the currently widely used binder for negative electrode (eg, PVDF) is used.
본 발명은, 음극 접착력을 향상시킴과 동시에 이차 전지 내의 저항을 최소화하고, 궁극적으로는 이차 전지의 수명을 개선할 수 있는, 이차 전지 음극용 바인더를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a binder for a negative electrode of a secondary battery, which can improve the adhesion of the negative electrode and minimize the resistance in the secondary battery, and ultimately improve the lifespan of the secondary battery.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에서는, 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, a) 지방족 공액 디엔계 제1 단량체 유래 제1 반복 단위 40 내지 55 중량%, b) 방향족 비닐계 제2 단량체 유래 제2 반복 단위 40 내지 55 중량%, c) 불포화 카르본산계 제3 단량체 유래 제3 반복 단위 0.1 내지 3 중량% 및 d) 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 유래 제4 반복 단위 1 내지 11 중량%를 포함하는 공중합체;를 포함하는 것인, 이차 전지 음극용 바인더가 제공된다.Specifically, in one embodiment of the present invention, among the total weight (100% by weight) of the repeating unit, a) 40 to 55% by weight of the first repeating unit derived from the aliphatic conjugated diene-based first monomer, b) the second aromatic vinyl-based unit 40 to 55 wt% of a second repeating unit derived from a monomer, c) 0.1 to 3 wt% of a third repeating unit derived from a third unsaturated carboxylic acid monomer, and d) 1 to 11 of a fourth repeating unit derived from polyethylene glycol mono(meth)acrylate A binder for a negative electrode of a secondary battery is provided, including; a copolymer comprising weight %.
본 발명의 다른 구현예들에서는, 상기 일 구현예의 음극용 바인더를 제조하는 방법, 상기 일 구현예의 음극용 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 이차 전지 음극 합제, 상기 일 구현예의 음극용 바인더를 음극 합제층에 포함하는 이차 전지 음극 및 리튬 이차 전지가 제공된다.In other embodiments of the present invention, the method for preparing the negative electrode binder of the embodiment, the secondary battery negative electrode mixture comprising the negative electrode binder and the negative electrode active material of the one embodiment, and the negative electrode binder of the embodiment negative electrode mixture layer There is provided a secondary battery negative electrode and a lithium secondary battery comprising the.
상기 일 구현예의 이차 전지 음극용 바인더는, 음극 접착력을 향상시킴과 동시에 이차 전지 내의 저항을 최소화하고, 궁극적으로는 이차 전지의 수명을 개선할 수 있다.The binder for a negative electrode of a secondary battery according to one embodiment may improve adhesion to the negative electrode, minimize resistance in the secondary battery, and ultimately improve the lifespan of the secondary battery.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. In the present invention, terms such as first, second, etc. are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the terminology used herein is used only to describe exemplary embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise", "comprising" or "have" are intended to designate the existence of an embodied feature, number, step, element, or a combination thereof, but one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, elements, or combinations thereof, is not precluded in advance.
또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다. Also in the present invention, when it is said that each layer or element is formed "on" or "over" each layer or element, it means that each layer or element is formed directly on each layer or element, or other It means that a layer or element may additionally be formed between each layer, on the object, on the substrate.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
I. 이차 전지 음극용 바인더I. Binder for negative electrode of secondary battery
본 발명의 일 구현예에서는, 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, In one embodiment of the present invention, among the total weight (100% by weight) of the repeating unit,
a) 지방족 공액 디엔계 제1 단량체 유래 제1 반복 단위 40 내지 55 중량%.a) 40 to 55 wt% of a first repeating unit derived from an aliphatic conjugated diene-based first monomer.
b) 방향족 비닐계 제2 단량체 유래 제2 반복 단위 40 내지 55 중량%, b) 40 to 55 wt% of a second repeating unit derived from an aromatic vinyl-based second monomer;
c) 불포화 카르본산계 제3 단량체 유래 제3 반복 단위 0.1 내지 3 중량% 및 c) 0.1 to 3% by weight of a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid-based third monomer; and
d) 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 유래 제4 반복 단위 1 내지 11 중량%d) 1 to 11% by weight of the fourth repeating unit derived from polyethylene glycol mono(meth)acrylate
를 포함하는 공중합체;를 포함하는 것인,A copolymer comprising;
이차 전지 음극용 바인더가 제공된다.A binder for a secondary battery negative electrode is provided.
상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 반복 단위의 종류 및 함량이 각각 특정 범위로 제어된 공중합체를 포함한다. 이러한 공중합체는, 음극 접착력을 높이고, 이차 전지의 수명을 개선시킬 수 있다. 이와 동시에, 이차 전지 내의 저항을 낮추고, 그 출력을 향상시킬 수 있다.The binder for the negative electrode of the embodiment includes a copolymer in which the type and content of the repeating unit are each controlled to a specific range. Such a copolymer may increase negative electrode adhesion and improve the lifespan of a secondary battery. At the same time, the resistance in the secondary battery can be lowered and the output thereof can be improved.
특히, 상기 d) 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 유래 제4 반복 단위는, 그 구조의 긴 에틸렌 옥사이드기에 의하여 유동성을 향상하고, 하이드록시기에 의해서는 집전체와의 친화력을 높이는 효과를 발현하며, 음극 집전체와 활물질; 또는 서로 다른 활물질; 사이의 접착력을 높이고, 이차 전지의 용량 저하를 최소화(즉, 수명 특성을 개선)할 수 있다. In particular, the fourth repeating unit derived from d) polyethylene glycol mono (meth) acrylate exhibits an effect of improving fluidity by a long ethylene oxide group of the structure, and increasing affinity with the current collector by a hydroxy group, , negative electrode current collector and active material; or different active materials; It is possible to increase the adhesion between the two, and to minimize the decrease in capacity of the secondary battery (ie, improve the lifespan characteristics).
또한, 상기 제4 반복 단위는, 그 구조의 에틸렌 옥사이드기에 의하여 전해액과 친화력을 높여 이온전도도를 상승 시키는 효과를 발현하며, 금속 이온(예를 들어, 리튬 이온) 전달을 용이하게 하고, 이차 전지의 내부 저항을 낮추며 그 출력 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the fourth repeating unit exhibits the effect of increasing ionic conductivity by increasing affinity with the electrolyte by the ethylene oxide group of the structure, facilitating the transfer of metal ions (eg, lithium ions), and of the secondary battery It is possible to improve the output characteristics by lowering the internal resistance.
다만, 상기 제4 반복 단위에 따른 효과는, 상기 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중 제4 반복 단위의 함량이 1 내지 11 중량%일 때 비로소 발현될 수 있다.However, the effect of the fourth repeating unit may be expressed only when the content of the fourth repeating unit is 1 to 11 wt% of the total weight (100 wt%) of the repeating unit.
이는, 상기 제4 반복 단위의 함량이 1 중량% 미만일 경우 그 효과가 미미하고, 11 중량% 초과일 경우 오히려 바인더 자체의 강도를 저하시켜 접착력을 낮추고 수명을 저하시키는 문제가 있기 때문이다.This is because, when the content of the fourth repeating unit is less than 1% by weight, the effect is insignificant, and when the content of the fourth repeating unit is more than 11% by weight, there is a problem in that the strength of the binder itself is lowered, thereby lowering the adhesive force and reducing the lifespan.
한편, 상기 제4 반복 단위의 함량이 1 내지 11 중량%를 만족하더라도, 상기 제1 내지 제3 반복 단위 중 어느 하나라도 다른 물질로 대체되거나, 상기 일 구현예의 제한된 함량 범위를 불만족하는 경우(결여되는 경우 포함), 음극 접착력이 저하되거나 용량 유지율이 저하될 수 있다.On the other hand, even if the content of the fourth repeating unit satisfies 1 to 11% by weight, when any one of the first to third repeating units is replaced with another material, or the limited content range of the embodiment is not satisfied (lack of ), the negative electrode adhesion may be reduced or the capacity retention rate may be lowered.
상기 제1 반복 단위는 고온에서의 전해액 스웰링 현상을 억제하면서 음극 활물질과 집전체 사이의 접착력을 향상시키는 기능을 하고, 상기 제2 반복 단위 및 상기 제3 반복 단위는 바인더의 강도와 전해액과의 친화도를 높이는 기능을 한다.The first repeating unit functions to improve the adhesion between the anode active material and the current collector while suppressing the swelling of the electrolyte at a high temperature, and the second repeating unit and the third repeating unit are the strength of the binder and the strength of the electrolyte. It enhances affinity.
상기 반복 단위들 모두 상기 일 구현예의 제한된 함량 범위들을 만족할 때, 상기 반복 단위들의 기능이 조화를 이루어, 음극 접착력을 향상시킴과 동시에 이차 전지 내의 최소화하고, 궁극적으로는 이차 전지의 수명을 개선할 수 있다.When all of the repeating units satisfy the limited content ranges of the embodiment, the functions of the repeating units harmonize to improve negative electrode adhesion and minimize in the secondary battery, and ultimately improve the lifespan of the secondary battery there is.
특히, 상기 일 구현예에 따른 이차 전지 음극용 바인더는, 음극 활물질로 규소 화합물을 포함하는 이차 전지 음극 합제에서 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 일 예로, 규소 화합물을 음극 활물질로 적용할 경우 이를 포함하는 이차 전지 음극 합제의 수소 이온 농도 지수가 pH 11 정도를 나타내어 바인더 투입 시 안정성이 저하되고 점도가 상승하고 응집물이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 일 구현예에 따른 이차 전지 음극용 바인더는 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 유래의 긴 친수성 관능기를 포함하고 있어, 음극 활물질로 규소 화합물이 적용된 높은 pH의 이차 전지 음극 합제에서 우수한 안정성의 발현을 가능하게 한다.In particular, the binder for a secondary battery negative electrode according to the exemplary embodiment may exhibit excellent effects in a secondary battery negative electrode mixture including a silicon compound as an anode active material. As an example, when a silicon compound is applied as a negative electrode active material, the hydrogen ion concentration index of the negative electrode mixture for a secondary battery containing the same is about pH 11, which may cause problems in that stability is reduced, viscosity is increased, and aggregates are generated when a binder is added. . The binder for a secondary battery negative electrode according to the embodiment contains a long hydrophilic functional group derived from polyethylene glycol mono (meth) acrylate, and thus excellent stability is expressed in a high pH secondary battery negative electrode mixture to which a silicon compound is applied as an anode active material. make it possible
이하, 상기 일 구현예의 음극용 바인더에 대하여, 반복 단위 별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the binder for the negative electrode of the embodiment will be described in detail for each repeating unit.
반복 단위들의 중량 비율weight ratio of repeating units
상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 각 반복 단위의 종류 및 함량이 전술한 범위를 만족하면서, 상기 제1 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율은 3.64 내지 55 이고, 제2 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율은 3.64 내지 55 이고, 제3 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율은 0.01 내지 3 이면서, 제1 반복 단위/제2 반복 단위의 중량 비율은 0.73 내지 1.38 일 수 있다. In the binder for the negative electrode of the embodiment, the type and content of each repeating unit satisfies the above-described range, and the weight ratio of the first repeating unit/the fourth repeating unit is 3.64 to 55, and the second repeating unit/the fourth repeating unit The weight ratio of the repeating unit may be 3.64 to 55, the weight ratio of the third repeating unit/the fourth repeating unit may be 0.01 to 3, and the weight ratio of the first repeating unit/the second repeating unit may be 0.73 to 1.38.
이러한 범위들을 모두 만족할 때, 상기 반복 단위들에 의한 시너지 효과가 향상될 수 있다.When all of these ranges are satisfied, a synergistic effect by the repeating units may be improved.
예컨대, 상기 제1 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율은 4.4 내지 48.5 이고, 제2 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율은 4.4 내지 48.5 이고, 제3 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율은 0.2 내지 2 이면서, 제1 반복 단위/제2 반복 단위의 중량 비율은 1 일 수 있다. For example, the weight ratio of the first repeating unit/the fourth repeating unit is 4.4 to 48.5, the weight ratio of the second repeating unit/the fourth repeating unit is 4.4 to 48.5, and the third repeating unit/the fourth repeating unit by weight The ratio may be 0.2 to 2, and the weight ratio of the first repeating unit/the second repeating unit may be 1.
제1 반복 단위first repeat unit
상기 제1 반복 단위는 지방족 공액 디엔계 제1 단량체로부터 유래된다. 구체적으로, 상기 제1 반복 단위는 중합 시 지방족 공액 디엔계 제1 단량체를 투입하여 형성된 공중합체의 구조 단위에 해당된다. The first repeating unit is derived from an aliphatic conjugated diene-based first monomer. Specifically, the first repeating unit corresponds to a structural unit of a copolymer formed by adding an aliphatic conjugated diene-based first monomer during polymerization.
이러한 제1 반복 단위가 공중합체에 포함되는 경우, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 고온에서 전해액 스웰링 현상이 억제될 수 있고, 고무 성분에 의한 탄력성을 가지게 되어, 음극의 두께를 줄일 수 있고, 가스 발생 현상을 감소시킬 뿐 아니라, 음극 활물질과 집전체 사이의 결착력이 유지될 수 있도록 접착력 또한 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. When such a first repeating unit is included in the copolymer, the binder for the negative electrode of one embodiment can suppress the electrolyte swelling phenomenon at high temperature, and has elasticity due to the rubber component, thereby reducing the thickness of the negative electrode, In addition to reducing the gas generation phenomenon, it can also serve to improve the adhesive force so that the binding force between the negative electrode active material and the current collector can be maintained.
상기 지방족 공액 디엔계 단량체인 제1 단량체로는, 탄소수 2 내지 20의 지방족 공액 디엔계 화합물이 사용될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 지방족 공액 디엔계 제1 단량체는 1,3-부타디엔,2-메틸-1,3-부타디엔,2,3-디메틸-1,3-부타디엔,1,2-디메틸-1,3-부타디엔, 1,4-디메틸-1,3-부타디엔, 1-에틸-1,3-부타디엔,2-페닐-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 1,4-펜타디엔, 3-메틸-1,3-펜타디엔, 4-메틸-1,3-펜타디엔, 2,4-디메틸-1,3-펜타디엔, 3-에틸-1,3-펜타디엔, 1,3-헥사디엔, 1,4-헥사디엔,1,5-헥사디엔, 2-메틸-1,5-헥사디엔, 1,6-헵타디엔, 6-메틸-1,5-헵타디엔,1,6-옥타디엔, 1,7-옥타디엔 및 7-메틸-1,6-옥타디엔으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 예컨대, 상기 지방족 공액 디엔계 제1 단량체로 1,3-부타디엔이 사용될 수 있다.As the first monomer, which is the aliphatic conjugated diene-based monomer, an aliphatic conjugated diene-based compound having 2 to 20 carbon atoms may be used. As a non-limiting example, the aliphatic conjugated diene-based first monomer may include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,2-dimethyl-1, 3-butadiene, 1,4-dimethyl-1,3-butadiene, 1-ethyl-1,3-butadiene, 2-phenyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,4-pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 4-methyl-1,3-pentadiene, 2,4-dimethyl-1,3-pentadiene, 3-ethyl-1,3-pentadiene, 1,3- Hexadiene, 1,4-hexadiene, 1,5-hexadiene, 2-methyl-1,5-hexadiene, 1,6-heptadiene, 6-methyl-1,5-heptadiene, 1,6- It may be at least one selected from the group consisting of octadiene, 1,7-octadiene, and 7-methyl-1,6-octadiene. For example, 1,3-butadiene may be used as the aliphatic conjugated diene-based first monomer.
상기 제1 반복 단위는, 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 40 내지 55 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 공중합체 제조시 상기 제1 단량체는 단량체의 총 중량(100 중량%) 중, 40 내지 55 중량%로 사용될 수 있다. The first repeating unit may be included in an amount of 40 to 55% by weight of the total weight (100% by weight) of the repeating unit. That is, when preparing the copolymer, the first monomer may be used in an amount of 40 to 55% by weight of the total weight (100% by weight) of the monomer.
예를 들어, 상기 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 상기 제1 반복 단위는 40 중량% 이상, 40.3 중량% 이상, 40.6 중량% 이상, 또는 41 중량% 이상으로 포함되거나, 55 중량% 이하, 54.7 중량% 이하, 54.4 중량% 이하, 또는 54 중량% 이하로 포함될 수 있다. For example, of the total weight (100 wt%) of the repeating unit, the first repeating unit is included in 40 wt% or more, 40.3 wt% or more, 40.6 wt% or more, or 41 wt% or more, or 55 wt% It may be included in an amount of 54.7 wt% or less, 54.4 wt% or less, or 54 wt% or less.
상기 범위 내에서 상기 제1 반복 단위의 함량이 증가할 경우, 상기 제1 반복 단위에 대해 전술한 효과가 향상될 수 있다. 다만, 상기 제1 반복 단위의 함량이 55 중량%를 초과할 경우, 오히려 바인더의 수율이 감소하거나 수득된 바인더의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.When the content of the first repeating unit is increased within the above range, the above-described effect with respect to the first repeating unit may be improved. However, when the content of the first repeating unit exceeds 55% by weight, the yield of the binder may be reduced or the strength of the obtained binder may be reduced.
제2 반복 단위second repeat unit
상기 제2 반복 단위는 방향족 비닐계 제2 단량체로부터 유래된다. 구체적으로, 상기 제2 반복 단위는 중합 시 상술한 제2 단량체를 투입하여 형성된 공중합체의 구조 단위에 해당된다.The second repeating unit is derived from an aromatic vinyl-based second monomer. Specifically, the second repeating unit corresponds to a structural unit of a copolymer formed by adding the above-described second monomer during polymerization.
이러한 제2 반복 단위가 공중합체에 포함되는 경우, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 강도와 전해액과의 친화도가 향상될 수 있다.When such a second repeating unit is included in the copolymer, the binder for the negative electrode of the embodiment may have improved strength and affinity with the electrolyte.
상기 방향족 비닐계 제2 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, β-메틸스티렌, p-t-부틸스티렌, 클로로스티렌, 비닐벤조산, 비닐벤조산메틸, 비닐나프탈렌, 클로로메틸스티렌, 히드록시메틸스티렌 및 디비닐벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예컨대, 스티렌일 수 있다. The aromatic vinyl-based second monomer is styrene, α-methylstyrene, β-methylstyrene, pt-butylstyrene, chlorostyrene, vinylbenzoic acid, methyl vinylbenzoate, vinylnaphthalene, chloromethylstyrene, hydroxymethylstyrene, and divinylbenzene. It may be one or more selected from the group consisting of, for example, may be styrene.
상기 제2 반복 단위는, 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 40 내지 55 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 공중합체 제조시 상기 제2 단량체는 단량체의 총 중량(100 중량%) 중, 40 내지 55 중량%로 사용될 수 있다. The second repeating unit may be included in an amount of 40 to 55 wt% based on the total weight (100 wt%) of the repeating unit. That is, in the preparation of the copolymer, the second monomer may be used in an amount of 40 to 55% by weight based on the total weight (100% by weight) of the monomer.
예를 들어, 상기 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 상기 제2 반복 단위는 40 중량% 이상, 40.3 중량% 이상, 40.6 중량% 이상, 또는 41 중량% 이상으로 포함되거나, 55 중량% 이하, 54.7 중량% 이하, 54.4 중량% 이하, 또는 54 중량% 이하로 포함될 수 있다. For example, of the total weight (100 wt%) of the repeating unit, the second repeating unit is included in 40 wt% or more, 40.3 wt% or more, 40.6 wt% or more, or 41 wt% or more, or 55 wt% It may be included in an amount of 54.7 wt% or less, 54.4 wt% or less, or 54 wt% or less.
상기 범위 내에서 상기 제2 반복 단위의 함량이 증가할 경우, 상기 제2 반복 단위에 대해 전술한 효과가 향상될 수 있다. 다만, 상기 공중합체에서 상기 제2 반복 단위가 55 중량%를 초과하여 포함되는 경우 바인더의 유동성이 저하되거나 또는 접착력이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.When the content of the second repeating unit is increased within the above range, the above-described effect with respect to the second repeating unit may be improved. However, when the amount of the second repeating unit in the copolymer exceeds 55% by weight, fluidity of the binder may be reduced or adhesive strength may be deteriorated.
제3 반복 단위third repeat unit
상기 제3 반복 단위는 불포화 카르본산계 제3 단량체로부터 유래된다. 구체적으로, 상기 제3 반복 단위는 중합 시 상술한 제3 단량체를 투입하여 형성된 공중합체의 구조 단위에 해당된다.The third repeating unit is derived from an unsaturated carboxylic acid-based third monomer. Specifically, the third repeating unit corresponds to a structural unit of the copolymer formed by adding the above-described third monomer during polymerization.
이러한 제3 반복 단위가 공중합체에 포함되는 경우, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 강도와 중합 및 보관안정성이 향상될 수 있다.When the third repeating unit is included in the copolymer, the binder for the negative electrode of the embodiment may have improved strength, polymerization, and storage stability.
상기 불포화 카르본산계 제3 단량체는, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 테트라하이드로프탈산, 크로톤산, 이소크로톤산, 및 나딕산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 예컨대, 아크릴산일 수 있다.The unsaturated carboxylic acid-based third monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, itaconic acid, tetrahydrophthalic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, and nadic acid. there is. For example, it may be acrylic acid.
상기 제3 반복 단위는, 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 공중합체 제조시 상기 제2 단량체는 단량체의 총 중량(100 중량%) 중, 0.1 내지 3 중량%로 사용될 수 있다. The third repeating unit may be included in an amount of 0.1 to 3% by weight of the total weight (100% by weight) of the repeating unit. That is, when preparing the copolymer, the second monomer may be used in an amount of 0.1 to 3% by weight based on the total weight (100% by weight) of the monomer.
예를 들어, 상기 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 상기 제3 반복 단위는 0.1 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상, 또는 1.5 중량% 이상으로 포함되거나, 3 중량% 이하, 2.8 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 또는 2.3 중량% 이하로 포함될 수 있다. For example, of the total weight (100 wt%) of the repeating unit, the third repeating unit is included in 0.1 wt% or more, 0.5 wt% or more, 1 wt% or more, or 1.5 wt% or more, or 3 wt% It may be included in an amount of 2.8 wt% or less, 2.5 wt% or less, or 2.3 wt% or less.
상기 범위 내에서 상기 제3 반복 단위의 함량이 증가할 경우, 상기 제3 반복 단위에 대해 전술한 효과가 향상될 수 있다. 다만, 상기 공중합체에서 상기 제3 반복 단위가 3 중량%를 초과하여 포함되는 경우 바인더의 유동성이 저하되거나 또는 전해액과의 친화력이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.When the content of the third repeating unit is increased within the above range, the above-described effect with respect to the third repeating unit may be improved. However, when the third repeating unit is included in an amount of more than 3% by weight in the copolymer, there may be problems in that the fluidity of the binder is lowered or the affinity with the electrolyte is lowered.
제4 반복 단위4th repeat unit
상기 제4 반복 단위는 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체로부터 유래된다. 구체적으로, 상기 제4 반복 단위는 중합 시 상술한 제4 단량체를 투입하여 형성된 공중합체의 구조 단위에 해당된다.The fourth repeating unit is derived from a polyethylene glycol mono(meth)acrylate-based fourth monomer. Specifically, the fourth repeating unit corresponds to a structural unit of a copolymer formed by adding the fourth monomer during polymerization.
이러한 제4 반복 단위가 공중합체에 포함되는 경우, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 음극 집전체와 활물질; 또는 서로 다른 활물질; 사이의 접착력을 높이면서도, 금속 이온(예를 들어, 리튬 이온) 전달을 용이하게 하게 할 수 있다. 이에, 리튬 이차 전지의 용량 저하를 최소화(즉, 수명 특성을 개선)하고, 내부 저항을 낮추며 그 출력 특성을 향상시킬 수 있다.When the fourth repeating unit is included in the copolymer, the binder for the negative electrode of one embodiment includes a negative electrode current collector and an active material; or different active materials; It is possible to facilitate the transfer of metal ions (eg, lithium ions) while increasing the adhesion between them. Accordingly, it is possible to minimize the decrease in capacity of the lithium secondary battery (ie, improve the lifespan characteristics), lower the internal resistance, and improve the output characteristics.
상기 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체는, 폴리에틸렌 글리콜 모노아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노메타아크릴레이트, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The polyethylene glycol mono(meth)acrylate-based fourth monomer may be polyethylene glycol monoacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, or a mixture thereof.
상기 제4 반복 단위는, 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 1 내지 11 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 공중합체 제조시 상기 제2 단량체는 단량체의 총 중량(100 중량%) 중, 1 내지 11 중량%로 사용될 수 있다. The fourth repeating unit may be included in an amount of 1 to 11 wt% based on the total weight (100 wt%) of the repeating unit. That is, when preparing the copolymer, the second monomer may be used in an amount of 1 to 11% by weight of the total weight (100% by weight) of the monomer.
예를 들어, 상기 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 상기 제4 반복 단위는 1 중량% 이상으로 포함되거나, 11 중량% 이하, 10.6 중량% 이하, 10.3 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하로 포함될 수 있다. For example, of the total weight (100 wt%) of the repeating unit, the fourth repeating unit is included in 1 wt% or more, 11 wt% or less, 10.6 wt% or less, 10.3 wt% or less, or 10 wt% may be included below.
상기 범위 내에서 상기 제4 반복 단위의 함량이 증가할 경우, 상기 제4 반복 단위에 대해 전술한 효과가 향상될 수 있다. 다만, 상기 공중합체에서 상기 제4 반복 단위가 11 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 바인더의 접착력이 저하되거나 전지 수명을 감소시키는 문제가 발생할 수 있다.When the content of the fourth repeating unit increases within the above range, the above-described effect with respect to the fourth repeating unit may be improved. However, when the amount of the fourth repeating unit in the copolymer exceeds 11 wt %, the adhesive strength of the binder may decrease or battery life may be reduced.
중합체(라텍스 입자)의 평균 입경Average particle diameter of polymer (latex particles)
한편, 상기 일 구현예의 음극용 바인더에 있어서, 상기 공중합체는 유화 중합을 통해 제조된 라텍스(latex) 입자 형태를 가질 수 있다. On the other hand, in the binder for the negative electrode of the embodiment, the copolymer may have a form of latex particles prepared through emulsion polymerization.
구체적으로, 상기 공중합체는 50 내지 500 nm 의 평균 입경을 갖는 라텍스 입자일 수 있다. Specifically, the copolymer may be a latex particle having an average particle diameter of 50 to 500 nm.
상기 라텍스 입자의 평균 입경은 동적 광산란법(Dynamic light scattering)을 이용한 입도 분석기(NICOMP AW380, PSS 사 제조)를 사용하여 측정할 수 있다. The average particle diameter of the latex particles may be measured using a particle size analyzer (NICOMP AW380, manufactured by PSS) using dynamic light scattering.
구체적으로, 본 명세서에서 '평균 입경'은 동적 광산란법(Dynamic light scattering)에 의해 측정되는 입도 분포에 있어서의 산술 평균 입경을 의미하는 것으로, 이때 산술 평균 입경은 산란 강도(Intensity distribution) 평균 입경, 체적(Volume distribution) 평균 입경, 또는 개수(Number distribution) 평균 입경으로 측정할 수 있고, 이 중 산란 강도 평균 입경으로 측정하는 것이 바람직하다. Specifically, in the present specification, the 'average particle diameter' means an arithmetic average particle diameter in a particle size distribution measured by dynamic light scattering, wherein the arithmetic average particle diameter is the scattering intensity average particle diameter, It can be measured by the average particle diameter of volume distribution or the average particle diameter of number distribution, and it is preferable to measure the average particle diameter of scattering intensity among them.
예를 들어, 상기 공중합체는 50 nm 이상, 또는 70 nm 이상, 또는 100 nm 이상이면서, 500 nm 이하, 또는 400 nm 이하, 또는 300 nm 이하, 또는 200 nm 이하의 평균 입경을 갖는 라텍스 입자일 수 있다. 상기 라텍스 입자의 평균 입경이 너무 작으면 점도가 높아지고 이를 포함하는 합제 층의 집전체에 대한 접착력이 약해질 수 있고, 반대로 상기 라텍스 입자의 평균 입경이 너무 크면 입자의 안정성이 저하될 수 있다. For example, the copolymer may be a latex particle having an average particle diameter of 50 nm or more, or 70 nm or more, or 100 nm or more, and 500 nm or less, or 400 nm or less, or 300 nm or less, or 200 nm or less. there is. If the average particle diameter of the latex particles is too small, the viscosity may increase and the adhesion of the mixture layer including the same to the current collector may be weakened. Conversely, if the average particle diameter of the latex particles is too large, the stability of the particles may be reduced.
바인더 내 겔 함량Gel content in binder
한편, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 하기 수학식 1로 계산되는 겔 함량이 95 % 이상일 수 있다:On the other hand, the binder for the negative electrode of the embodiment may have a gel content calculated by Equation 1 below 95% or more:
[수학식 1][Equation 1]
겔 함량(%)= Mb/Ma * 100Gel content (%) = M b /M a * 100
상기 수학식 1에서,In Equation 1 above,
Ma는 상기 음극용 바인더를 80 도에서 24 시간 건조 후 측정된 무게이고, Ma is the weight measured after drying the binder for the negative electrode at 80 degrees for 24 hours,
Mb는 무게가 측정된 음극용 바인더를 THF(Tetrahydrofuran) 50 g 에 24 시간 이상 담근 후 200 Mesh를 통해 거른 다음, 상기 Mesh와 Mesh에 남아 있는 음극용 바인더를 같이 80 도에서 24 시간 건조시킨 뒤 Mesh에 남아 있는 공중합체의 무게이다.M b is after immersing the weighed negative electrode binder in 50 g of THF (Tetrahydrofuran) for 24 hours or more, filtering it through 200 mesh, and then drying the mesh and the negative electrode binder remaining in the mesh at 80 degrees for 24 hours. It is the weight of the copolymer remaining in the mesh.
상기의 겔 함량은 공중합체의 가교 정도를 의미하는 것으로, 수학식 1과 같이 계산하여 전해액에 대한 불용 분율로 표현된다. 바람직하게는, 상기 일 구현예의 음극용 바인더 내 겔 함량은 95% 내지 99%, 또는 95% 내지 98%, 또는 96% 내지 97.5%이며, 겔 함량이 95% 미만인 경우, 전해액에 대한 스웰링(swelling)이 높아져 전지의 수명이 저하될 수 있다.The gel content refers to the degree of crosslinking of the copolymer, and is calculated as in Equation 1 and is expressed as an insoluble fraction in the electrolyte. Preferably, the gel content in the binder for the negative electrode of one embodiment is 95% to 99%, or 95% to 98%, or 96% to 97.5%, and when the gel content is less than 95%, swelling to the electrolyte ( swelling) may increase and the lifespan of the battery may be reduced.
바인더의 안정성 (벗김 강도)Stability of the binder (peel strength)
또한, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 100 g을 용기에 넣고 3000 rpm으로 10 분간 shear를 가한 후 200 mesh에 걸러 측정한 응집량(Coagulum)이 200 ppm 이하, 또는 150 ppm 이하, 또는 130 ppm이하이면서, 동시에 상기 일 구현예의 음극용 바인더를 사용하여 제조한 음극 합제와 집전체 간의 180도 벗김 강도가 25 g/in 이상, 또는 28 g/in 이상, 또는 30 g/in 이상이면서, 50 g/in 이하, 또는 48 g/in 이하, 또는 45 g/in 이하일 수 있다. In addition, 100 g of the binder for the negative electrode of one embodiment is put in a container, shear is applied at 3000 rpm for 10 minutes, and then the amount of coagulation (Coagulum) measured through 200 mesh is 200 ppm or less, or 150 ppm or less, or 130 ppm or less At the same time, the 180-degree peel strength between the negative electrode mixture and the current collector prepared using the negative electrode binder of the embodiment is 25 g/in or more, or 28 g/in or more, or 30 g/in or more, and 50 g/in inches or less, or 48 g/in or less, or 45 g/in or less.
수성 용매aqueous solvent
또한, 상기 일 구현예의 음극용 바인더에는 상술한 공중합체 즉 라텍스 입자 외에 수성 용매 즉 물이 첨가될 수도 있다.In addition, an aqueous solvent, ie, water, may be added to the binder for the negative electrode of the embodiment in addition to the above-described copolymer, ie, latex particles.
상기 수성 용매는, 라텍스 입자의 안정성 및 점도 조절 측면에서, 상기 공중합체 100 중량부에 대해, 약 50 내지 약 1,000 중량부, 구체적으로 약 100 내지 약 400 중량부로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 일 구현예의 음극용 바인더의 총량(100 중량%) 중, 총 고형분 함량(total solid content, TSC)이 약 10 내지 약 65%로 조절되도록 사용될 수 있다. The aqueous solvent may be used in an amount of about 50 to about 1,000 parts by weight, specifically about 100 to about 400 parts by weight, based on 100 parts by weight of the copolymer, in terms of stability and viscosity control of the latex particles. For example, in the total amount (100% by weight) of the binder for the negative electrode of the embodiment, it may be used so that the total solid content (TSC) is adjusted to about 10 to about 65%.
상기 수성 용매가 지나치게 적게 사용되는 경우, 라텍스 입자의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 용매가 지나치게 많이 사용되는 경우, 점도가 저하되어, 바인더의 접착력이 약해질 수 있으며, 이에 따라 전지의 제반 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. When the aqueous solvent is used too little, there may be a problem that the stability of the latex particles is lowered. Performance degradation may occur.
II. 이차 전지 음극용 바인더의 제조 방법II. Manufacturing method of binder for secondary battery negative electrode
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 유화제 및 중합개시제의 존재 하에, 단량체 혼합물을 유화 중합하여 공중합체를 제조하는 단계;를 포함하는 이차 전지 음극용 바인더의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, in the presence of an emulsifier and a polymerization initiator, emulsion polymerization of a monomer mixture to prepare a copolymer; provides a method for producing a binder for a secondary battery negative electrode comprising a.
상기 단량체 혼합물의 총 중량(100 중량%) 중, a) 지방족 공액 디엔계 제1 단량체 40 내지 55 중량%, b) 방향족 비닐계 제2 단량체 유래 40 내지 55 중량%, c) 불포화 카르본산계 제3 단량체 0.1 내지 3 중량% 및 d) 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 단량체 1 내지 11 중량%를 포함하는 것이다.Of the total weight (100% by weight) of the monomer mixture, a) 40 to 55% by weight of an aliphatic conjugated diene-based first monomer, b) 40 to 55% by weight of an aromatic vinyl-based second monomer, c) an unsaturated carboxylic acid-based agent 3 to contain 0.1 to 3% by weight of the monomer and d) 1 to 11% by weight of the polyethylene glycol mono (meth)acrylate monomer.
상기 일 구현예의 음극용 바인더의 제조 방법은, 전술한 일 구현예의 음극용 바인더를 제조하는 방법일 수 있다. The method of manufacturing the binder for the negative electrode of the embodiment may be the method of manufacturing the binder for the negative electrode of the embodiment described above.
이와 관련하여, 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략한다.In this regard, a description overlapping with the above description will be omitted.
유화 중합emulsion polymerization
또한, 상기 유화 중합은 단일 중합 또는 다단 중합에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 단일 중합은 사용되는 단량체들을 단일 반응기에 넣고 동시에 중합시키는 방법을 의미하고, 다단 중합은 사용되는 단량체들을 2단 이상으로 순차적으로 중합시키는 방법을 의미한다. In addition, the emulsion polymerization may be performed by single polymerization or multi-stage polymerization. Here, single polymerization refers to a method in which used monomers are put into a single reactor and polymerized at the same time, and multistage polymerization refers to a method in which used monomers are sequentially polymerized in two or more stages.
또한, 상기 유화 중합은 상술한 수성 용매를 포함하는 용액 내에서 유화제 및 중합개시제의 존재 하에 수행될 수 있다. In addition, the emulsion polymerization may be carried out in the presence of an emulsifier and a polymerization initiator in a solution containing the above-described aqueous solvent.
상기 공중합체의 제조를 위한 유화 중합의 중합 온도 및 중합 시간은 경우에 따라 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어, 중합 온도는 약 50 ℃ 내지 약 200 ℃ 일 수 있고, 중합 시간은 약 0.5 시간 내지 약 20 시간일 수 있다.The polymerization temperature and polymerization time of the emulsion polymerization for the preparation of the copolymer may be appropriately determined depending on the case. For example, the polymerization temperature may be from about 50 °C to about 200 °C, and the polymerization time may be from about 0.5 hours to about 20 hours.
중합 개시제polymerization initiator
상기 유화 중합 시 사용 가능한 중합 개시제로는, 무기 또는 유기 과산화물이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 포타슘 퍼설페이트, 소듐 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트 등을 포함하는 수용성 개시제와, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드 등을 포함하는 유용성 개시제를 사용할 수 있다. As the polymerization initiator usable during the emulsion polymerization, an inorganic or organic peroxide may be used, for example, a water-soluble initiator containing potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, etc., cumene hydroperoxide, benzoyl peroxide Oil-soluble initiators including oxides and the like can be used.
활성화제activator
또한, 상기 중합 개시제와 함께 과산화물의 반응 개시를 촉진시키기 위해 활성화제를 더 포함할 수 있으며, 이러한 활성화제로는 소듐 포름알데히드 설폭실레이트, 소듐 에틸렌디아민테트라아세테이트, 황산 제1 철, 및 덱스트로오스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.In addition, an activator may be further included to promote the initiation of the reaction of the peroxide together with the polymerization initiator, and such activators include sodium formaldehyde sulfoxylate, sodium ethylenediaminetetraacetate, ferrous sulfate, and dextrose. At least one selected from the group consisting of may be used.
유화제emulsifier
그리고, 상기 유화 중합을 위한 유화제로는, 소듐 도데실 다이페닐 이서 다이설포네이트, 소듐 라우릴 설페이트, 소듐 도데실 벤젠 설포네이트, 디옥틸 소디움 설포석시네이트 등의 음이온계 유화제, 또는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르와 같은 폴리에틸렌옥사이드 알킬 에테르, 폴리에틸렌옥사이드 알킬 아릴 에테르, 폴리에틸렌옥사이드 알킬 아민, 폴리에틸렌옥사이드 알킬 에스테르 등의 비이온계 유화제가 사용될 수 있다. 이러한 유화제는, 친수성(hydrophilic) 기와 소수성(hydrophobic) 기를 동시에 가지고 있는 물질로, 유화 중합 과정에서, 미셀(micelle) 구조를 형성하고, 미셀 구조 내부에서 각 단량체의 중합이 일어날 수 있게 한다. 바람직하게는, 상기 음이온계 유화제 및 상기 비이온계 유화제를 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 음이온 유화제와 비이온 유화제를 혼합하여 사용하는 경우 보다 효과적일 수 있지만, 본 발명이 반드시 이러한 유화제의 종류에 제한되는 것은 아니다. And, as the emulsifier for the emulsion polymerization, an anionic emulsifier such as sodium dodecyl diphenyl iser disulfonate, sodium lauryl sulfate, sodium dodecyl benzene sulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate, or polyoxyethylene Nonionic emulsifiers such as polyethylene oxide alkyl ethers such as lauryl ether, polyethylene oxide alkyl aryl ethers, polyethylene oxide alkyl amines, and polyethylene oxide alkyl esters may be used. Such an emulsifier is a material having a hydrophilic group and a hydrophobic group at the same time, and during the emulsion polymerization process, a micelle structure is formed, and polymerization of each monomer can occur inside the micellar structure. Preferably, the anionic emulsifier and the nonionic emulsifier may be used alone or in a mixture of two or more, and it may be more effective when a mixture of an anionic emulsifier and a nonionic emulsifier is used, but the present invention is not necessarily such an emulsifier is not limited to the type of
그리고, 상기 유화제는, 예를 들어, 상기 공중합체의 제조에 사용되는 단량체 성분 총 100 중량부에 대해, 약 0.01 내지 약 10 중량부, 약 1 내지 약 10 중량부, 또는 약 3 내지 약 5 중량부로 사용될 수 있다. And, the emulsifier, for example, based on 100 parts by weight of the total monomer components used in the preparation of the copolymer, about 0.01 to about 10 parts by weight, about 1 to about 10 parts by weight, or about 3 to about 5 parts by weight can be used as wealth.
III. 음극 합제 및 음극III. negative electrode mixture and negative electrode
본 발명의 또 다른 구현예들에서는, 전술한 일 구현예의 이차 전지 음극용 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 이차 전지 음극 합제를 제공하며, 이러한 이차 전지 음극 합제를 포함하는 음극 합제 층 및 음극 집전체를 포함하는 이차 전지 음극을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a secondary battery negative electrode mixture including the binder for the secondary battery negative electrode and negative electrode active material of the above-described embodiment, and a negative electrode mixture layer and negative electrode current collector comprising the secondary battery negative electrode mixture It provides a secondary battery negative electrode comprising.
상기 일 구현예의 음극용 바인더를 제외하고, 음극 합제 및 음극에 사용되는 음극 활물질, 음극 집전체 등은, 각각, 일반적으로 알려진 구성 요소를 포함할 수 있다.Except for the binder for the negative electrode of the embodiment, the negative electrode active material used for the negative electrode mixture and the negative electrode, the negative electrode current collector, and the like, may each include generally known components.
음극cathode
상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 상기 음극 합제 전체 중량(100 중량%) 중, 1 중량% 내지 10 중량%, 구체적으로 1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 이를 만족할 때, 상기 음극 활물질의 함량을 상대적으로 높일 수 있고, 음극의 방전 용량을 더욱 향상시킬 수 있다.The binder for the negative electrode of the embodiment may be included in an amount of 1% to 10% by weight, specifically, 1% to 5% by weight of the total weight (100% by weight) of the negative electrode mixture. When this is satisfied, the content of the negative electrode active material may be relatively increased, and the discharge capacity of the negative electrode may be further improved.
한편, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 결착력, 기계적 물성 등에 있어서 우수한 특성을 가지므로, 상기 음극 합제의 음극 활물질로 흑연계 음극 활물질이 사용되는 경우는 물론 그보다 고용량인 음극 활물질이 사용되더라도, 음극 활물질과 음극 활물질 사이, 음극 활물질과 음극 집전체 사이 등의 결착력을 유지할 수 있고, 그 자체의 기계적 물성에 의해 음극 활물질의 팽창을 억제할 수 있다.On the other hand, since the binder for a negative electrode of one embodiment has excellent properties in binding force and mechanical properties, etc., when a graphite-based negative electrode active material is used as the negative electrode active material of the negative electrode mixture, as well as a negative electrode active material having a higher capacity than that is used, the negative electrode The binding force between the active material and the negative electrode active material, between the negative electrode active material and the negative electrode current collector, etc. can be maintained, and expansion of the negative electrode active material can be suppressed by its own mechanical properties.
상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 흑연계 음극 활물질뿐만 아니라 그보다 고용량인 음극 활물질과 함께 적용되기에 적합한 것이므로, 본 발명의 일 구현예에서는 상기 음극 활물질의 종류를 특별히 제한하지 않는다,Since the binder for the negative electrode of one embodiment is suitable to be applied not only with the graphite-based negative active material but also with the negative active material having a higher capacity than that, in one embodiment of the present invention, the type of the negative electrode active material is not particularly limited.
구체적으로, 상기 음극 활물질로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있다.Specifically, as the negative active material, carbon such as non-graphitizable carbon and graphite-based carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : metal composite oxides such as Al, B, P, Si, elements of Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0<x≤1;1≤y≤3;1≤z≤8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloys; tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , metal oxides such as Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; titanium oxide; Lithium titanium oxide and the like can be used.
일 구현예에 따르면, 상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질, 및 전이 금속 산화물을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the negative active material is a material capable of reversibly intercalation and deintercalation of lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium , and a transition metal oxide.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소질 물질로서 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물을 예로 들 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소질 물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 키쉬 흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitches), 메조페이스 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 석유 또는 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes), 연화 탄소(soft carbon), 및 경화 탄소(hard carbon) 등일 수 있다.Examples of the material capable of reversibly intercalating and deintercalating the lithium ions include crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof as a carbonaceous material. Specifically, the carbonaceous material is natural graphite, artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitches, mesophase pitch-based carbon fiber (mesophase pitch based carbon fiber), carbon microbeads, petroleum or coal tar pitch derived cokes, soft carbon, hard carbon, and the like.
상기 리튬 금속의 합금은 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, Sn, Bi, Ga, 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되는 금속과 리튬의 합금일 수 있다.The lithium metal alloy includes Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, Sn, Bi, Ga, and Cd. It may be an alloy of a metal selected from the group consisting of and lithium.
상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질은 Si, Si-C 복합체, SiOx (0<x<2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이 금속, 희토류 원소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다; 단, Si는 제외한다), Sn, SnO2, Sn-R 합금(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이 금속, 희토류 원소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다; 단, Sn은 제외한다.) 등일 수 있다. 그리고, 상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질로는 상기 예들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 Q 및 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po 등일 수 있다.The material capable of doping and dedoping lithium is Si, Si-C composite, SiOx (0<x<2), Si-Q alloy (wherein Q is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, group 15 an element selected from the group consisting of an element, a group 16 element, a transition metal, a rare earth element, and a combination thereof; except for Si), Sn, SnO 2 , a Sn-R alloy (wherein R is an alkali metal, an alkali It is an element selected from the group consisting of an earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a Group 15 element, a Group 16 element, a transition metal, a rare earth element, and a combination thereof; however, Sn is excluded.) and the like. In addition, as the material capable of doping and dedoping lithium, at least one of the above examples and SiO 2 may be mixed and used. Wherein Q and R are Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe , Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S , Se, Te, Po, or the like.
그리고, 상기 전이 금속 산화물은 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, 리튬 티타늄 산화물 등일 수 있다.In addition, the transition metal oxide may be vanadium oxide, lithium vanadium oxide, lithium titanium oxide, or the like.
바람직하게는, 상기 음극은 탄소질 물질 및 규소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 음극 활물질을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 탄소질 물질은, 앞서 예시된, 천연 흑연, 인조 흑연, 키쉬 흑연, 열분해 탄소, 메조페이스 피치, 메조페이스 피치계 탄소섬유, 탄소 미소구체, 석유 또는 석탄계 코크스, 연화 탄소, 및 경화 탄소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질이다. 그리고, 상기 규소 화합물은, 앞서 예시된 Si를 포함하는 화합물, 즉 Si, Si-C 복합체, SiOx (0<x<2), 상기 Si-Q 합금, 이들의 혼합물, 또는 이들 중 적어도 하나와 SiO2의 혼합물일 수 있다.Preferably, the negative electrode may include at least one negative electrode active material selected from the group consisting of a carbonaceous material and a silicon compound. Here, the carbonaceous material is, as exemplified above, natural graphite, artificial graphite, quiche graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch, mesophase pitch-based carbon fiber, carbon microspheres, petroleum or coal-based coke, softened carbon, and hardened carbon It is one or more substances selected from the group consisting of. In addition, the silicon compound is a compound containing Si exemplified above, that is, Si, a Si-C composite, SiOx (0<x<2), the Si-Q alloy, a mixture thereof, or at least one of these and SiO It may be a mixture of 2 .
음극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 μm to 500 μm. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the bonding strength of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwovens.
상기 음극은, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 상기 바인더를 포함하는 음극 합제를 도포한 후 건조 및 압연하여 제조되며, 필요에 따라서는, 도전재, 충진재 등을 더 첨가하여 제조될 수 있다. The negative electrode is manufactured by coating the negative electrode mixture including the negative electrode active material and the binder on the negative electrode current collector, drying and rolling, and, if necessary, may be prepared by further adding a conductive material, a filler, and the like.
상기 도전재는 음극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the negative electrode, and any electronically conductive material can be used as long as it does not cause chemical change in the battery configured, for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black , carbon-based materials such as carbon fibers; Metal-based substances, such as metal powders, such as copper, nickel, aluminum, and silver, or a metal fiber; conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material including a mixture thereof may be used.
상기 충진재는 음극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물을 사용할 수 있다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the negative electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. A fibrous material such as glass fiber or carbon fiber may be used.
양극anode
상기 양극은 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 내지 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 내지 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 내지 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode includes a positive active material, and the positive active material is a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 ; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn; LiNi x Mn 2-x O 4 A lithium manganese composite oxide having a spinel structure; LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; Although Fe2 (MoO4)3 etc. are mentioned, It is not limited only to these.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 μm to 500 μm. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. may be used on the surface of the surface-treated. The current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam body, and non-woven body are possible.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
상기 음극 및 상기 양극 중, 전술한 바인더가 사용되지 않은 전극에는, 일반적으로 알려진 바인더가 사용될 수 있다. 그 대표적인 예로, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Among the negative electrode and the positive electrode, a generally known binder may be used for the electrode in which the above-described binder is not used. Representative examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide-containing polymers, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, Polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, or the like may be used, but is not limited thereto.
상기 음극과 상기 양극은 각각 활물질 및 바인더, 경우에 따라서는 도전재, 충진재 등을 용매 중에서 혼합하여 슬러리 상의 전극 합제로 제조하고, 이 전극 합제를 각각의 전극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. The negative electrode and the positive electrode may be prepared by mixing an active material and a binder, in some cases, a conductive material, a filler, etc. in a solvent to prepare a slurry-like electrode mixture, and applying the electrode mixture to each electrode current collector. Since such an electrode manufacturing method is widely known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein.
IV. 이차 전지IV. secondary battery
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 일 구현예의 이차 전지 음극을 포함하는, 이차 전지가 제공된다. 이러한 전지는, 구체적으로, 양극; 전해질; 및 음극을 포함하는 형태일 수 있다. In another embodiment of the present invention, a secondary battery including the secondary battery negative electrode of the embodiment described above is provided. Such a battery, specifically, a positive electrode; electrolyte; and a negative electrode.
상기 이차 전지는, 리튬 이차 전지로 구현될 수 있다.The secondary battery may be implemented as a lithium secondary battery.
상기 리튬 이차 전지는, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극 조립체에 비수계 전해질을 함침시켜 제조할 수 있다.The lithium secondary battery may be manufactured by impregnating an electrode assembly including a positive electrode, a separator, and a negative electrode with a non-aqueous electrolyte.
상기 양극 및 상기 음극은 전술한 바와 같다. The positive electrode and the negative electrode are the same as described above.
상기 분리막의 경우, 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 즉, 전해질의 이온 이동에 대하여 저-저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자 세퍼레이터가 주로 사용되고, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.In the case of the separator, any one commonly used in lithium batteries may be used as it separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move. That is, a low-resistance to ion movement of the electrolyte and excellent electrolyte moisture content may be used. For example, it may be selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric. For example, a polyolefin-based polymer separator such as polyethylene or polypropylene is mainly used for lithium ion batteries, and a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and optionally single-layer or multi-layer structure can be used.
경우에 따라서, 상기 분리막 위에는 전지의 안정성을 높이기 위하여 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수 있다. 이러한 겔 폴리머의 대표적인 예로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로나이트릴 등을 들 수 있다.In some cases, a gel polymer electrolyte may be coated on the separator to increase battery stability. Representative examples of such a gel polymer include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, and the like.
다만, 상기 비수 전해질이 아닌 고체 전해질이 사용되는 경우에는, 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.However, when a solid electrolyte other than the non-aqueous electrolyte is used, the solid electrolyte may also serve as a separator.
상기 비수 전해질은, 상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬 염을 포함하는 액체 전해질일 수 있다. 상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous electrolyte may be a liquid electrolyte including a non-aqueous organic solvent and a lithium salt. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.
상기 비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate , gamma-butylolactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, 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, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane Aprotic organic solvents such as derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyropionate, and ethyl propionate may be used. can
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 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 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, ions A polymer containing a sexually dissociating group or the like can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include 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, etc. of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 and the like may be used.
상기 리튬 염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic lithium carboxylate, 4 phenyl lithium borate, and the like can be used.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(fluoro-ethylene carbonate), PRS(propene sultone), FPC(fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.In addition, for the purpose of improving charge/discharge characteristics, flame retardancy, etc. in the electrolyte, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitro Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N,N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. . In some cases, in order to impart incombustibility, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics, and FEC (fluoro-ethylene) carbonate), propene sultone (PRS), and fluoro-propylene carbonate (FPC) can be further included.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지 셀들을 포함하는 중대형 전지 모듈에 단위 전지로도 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source for a small device, but also as a unit battery in a medium-large battery module including a plurality of battery cells.
이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to help the understanding of the invention. However, the following examples are only for illustrating the invention, and do not limit the invention thereto.
<실시예><Example>
실시예 1Example 1
(1) 음극용 바인더의 제조(1) Preparation of binder for negative electrode
(a) 1,3-부타디엔(47.5 중량부), (b) 스티렌(47.5 중량부), (c) 아크릴산(2 중량부), 및 (d1) 폴리에틸렌 글리콜 모노아크릴레이트(3 중량부)를 포함하는 단량체 혼합물; 유화제로서 소듐 라우릴 설페이트(0.3 중량부); 그리고 중합 개시제로서 포타슘 퍼설페이트(0.1 중량부);를, 용매인 물(150 중량부)에 첨가하였다.(a) 1,3-butadiene (47.5 parts by weight), (b) styrene (47.5 parts by weight), (c) acrylic acid (2 parts by weight), and (d1) polyethylene glycol monoacrylate (3 parts by weight) a monomer mixture; sodium lauryl sulfate (0.3 parts by weight) as an emulsifier; And potassium persulfate (0.1 parts by weight) as a polymerization initiator was added to water (150 parts by weight) as a solvent.
상기 혼합물을 75℃까지 승온시킨 후, 75℃를 유지하며 약 5시간 동안 중합 반응시켜, 라텍스 입자 형태의 공중합체 및 물을 포함하는 바인더를 수득하였다. After raising the temperature of the mixture to 75° C., the polymerization reaction was carried out at 75° C. for about 5 hours to obtain a binder including a copolymer in the form of latex particles and water.
중합이 완료된 바인더의 pH를 수산화 나트륨을 사용하여 pH 7 내지 8 범위 내로 조절하고, 실시예 1의 바인더로 수득하였다.The pH of the polymerization-completed binder was adjusted to a pH of 7 to 8 using sodium hydroxide, and the binder of Example 1 was obtained.
이로써 수득된 실시예 1의 바인더는 전체 고형분 함량이 40%이며, 입도 분석기(NICOMP AW380, PSS 사 제조)를 사용하여 측정된 라텍스 입자의 평균 입경은 155 nm이었다. The binder of Example 1 thus obtained had a total solid content of 40%, and the average particle diameter of the latex particles measured using a particle size analyzer (NICOMP AW380, manufactured by PSS) was 155 nm.
(2) 음극 합제의 제조(2) Preparation of negative electrode mixture
음극 활물질로 인조 흑연 (95 중량부), 도전재로 아세틸렌 블랙(1.5 중량부), 상기 실시예 1의 바인더(2.0 중량부), 및 증점제로 카르복시 메틸 셀룰로우즈(1.5 중량부)를 사용하고, 이들을 분산매인 물 내에서 1시간 교반하여 혼합하였다. 이때, 전체 고형분 함량이 45 중량%가 되도록 슬러리 상을 조절하여, 실시예 1의 음극 합제를 수득하였다. Artificial graphite (95 parts by weight) as an anode active material, acetylene black (1.5 parts by weight) as a conductive material, the binder of Example 1 (2.0 parts by weight), and carboxymethyl cellulose (1.5 parts by weight) as a thickener were used. , these were mixed by stirring for 1 hour in water as a dispersion medium. At this time, the slurry phase was adjusted so that the total solid content was 45 wt%, to obtain the negative electrode mixture of Example 1.
(3) 음극의 제조 (3) Preparation of negative electrode
10 ㎛ 두께의 구리 호일을 준비하여 이를 음극 집전체로 하였다. 콤마코터(comma coater)를 이용하여, 상기 실시예 1의 음극 합제를 상기 음극 집전체의 일면 당 8.0 mg/cm2의 로딩(loading)량으로 하여 양면에 도포하고, 80 ℃의 오븐(oven)에서 10 분간 열풍 건조한 뒤, 총 두께가 190 ㎛이 되도록 롤-프레스(roll-press)하였다. 이에 따라, 실시예 1의 음극을 수득하였다.A copper foil having a thickness of 10 μm was prepared and this was used as a negative electrode current collector. Using a comma coater, the negative electrode mixture of Example 1 was applied at a loading amount of 8.0 mg/cm 2 per side of the negative electrode current collector on both sides, and an oven at 80 ° C. After drying with hot air for 10 minutes in a , roll-pressed to a total thickness of 190 ㎛. Thus, the negative electrode of Example 1 was obtained.
(4) 이차 전지의 제조 (4) Preparation of secondary battery
양극 활물질로 Li1.03Ni0.6Co0.6Mn0.2O2 90 중량부, 도전재로 아세틸렌 블랙 5.0 중량부, 및 바인더로 폴리비닐리덴 풀루오라이드(PVdF) 50 중량부(10% 고형분)를 사용하고, 이들을 용제인 NMP 내에서 1시간 교반하여 혼합하였다. 이때, 전체 고형분 함량이 70 중량%가 되도록 슬러리 상을 조절하여, 실시에 1의 양극 합제를 수득하였다. Using 90 parts by weight of Li 1.03 Ni 0.6 Co 0.6 Mn 0.2 O 2 as a positive electrode active material, 5.0 parts by weight of acetylene black as a conductive material, and 50 parts by weight (10% solids) of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, These were mixed by stirring for 1 hour in NMP which is a solvent. At this time, the slurry phase was adjusted so that the total solid content was 70% by weight, and a positive electrode mixture of Example 1 was obtained.
20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일을 준비하여 이를 양극 집전체로 하였다. 콤마코터(comma coater)를 이용하여, 상기 실시예 1의 양극 합제를 상기 음극 집전체의 일면 당 15.6 mg/cm2의 로딩(loading)량으로 하여 양면에 도포하고, 80 ℃의 오븐(oven)에서 10 분간 열풍 건조한 뒤, 총 두께가 190 ㎛이 되도록 롤-프레스(roll-press)하였다. 이에 따라, 실시예 1의 양극을 수득하였다.An aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared and this was used as a positive electrode current collector. Using a comma coater, the positive electrode mixture of Example 1 was applied on both sides at a loading amount of 15.6 mg/cm 2 per one side of the negative electrode current collector, and an oven at 80 ° C. After drying with hot air for 10 minutes in a , roll-pressed to a total thickness of 190 ㎛. Thus, the positive electrode of Example 1 was obtained.
실시예 1의 음극 및 양극 사이에 분리막을 삽입하여 조립한 뒤, 전해액을 주입하고, 당업계 통상적으로 알려진 방법에 따라 리튬 이온 전지를 완성하였다. After assembling by inserting a separator between the negative electrode and the positive electrode of Example 1, the electrolyte was injected, and a lithium ion battery was completed according to a method commonly known in the art.
상기 전해액으로는, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카르보네이트(propylene carbonate, PC)와 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC)의 혼합 용매(EC:PC:DEC=3:2:5의 무게비)에 LiPF6가 1.3M의 농도가 되도록 용해시키고, 전해액 총 중량 중 10 중량%을 차지하도록 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC)를 첨가시킨 것을 사용하였다.As the electrolyte, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (EC:PC:DEC=3:2:5 weight ratio) was dissolved in LiPF 6 so as to have a concentration of 1.3M, and fluoroethylene carbonate (FEC) was added to account for 10% by weight of the total weight of the electrolyte.
실시예 2 내지 7 및 비교예 1 내지 9Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 9
(1) 음극용 바인더의 제조(1) Preparation of binder for negative electrode
하기 표 1에 따라 단량체 조성을 변경한 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 방법으로 중합하여, 실시예 2 내지 7 및 비교예 1 내지 9의 바인더를 각각 제조하였다.Binders of Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 9 were respectively prepared by polymerization in the same manner as in Example 1, except that the monomer composition was changed according to Table 1 below.
상기 실시예 2 내지 7 및 비교예 1 내지 9의 바인더는 공통적으로, 라텍스 입자 형태의 공중합체를 포함하고, 전체 고형분 함량이 40%이다. The binders of Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 9 commonly include a copolymer in the form of latex particles, and have a total solid content of 40%.
(2) 음극 합제, 음극, 및 이차 전지의 제조(2) Preparation of negative electrode mixture, negative electrode, and secondary battery
상기 실시예 1의 바인더 대신 상기 실시예 2 내지 7 및 비교예 1 내지 9의 바인더를 각각 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 실시예 2 내지 7 및 비교예 1 내지 9의 각 음극 합제, 음극, 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 9 using the same method as in Example 1, except that the binders of Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 9 were used instead of the binder of Example 1, respectively. of each negative electrode mixture, negative electrode, and lithium secondary battery were prepared.
하기 표 1에서, 제1 단량체는 (a) 1,3-부타디엔(BD), 제2 단량체는 (b) 스티렌(SM), 제3 단량체는 (c) 아크릴산(AA), 제4 단량체는 (d1) 폴리에틸렌 글리콜 모노아크릴레이트(PEGA) 또는 (d2) 폴리에틸렌 글리콜 모노메타아크릴레이트(PEGMA)를 각각 나타내는 것이다.In Table 1, the first monomer is (a) 1,3-butadiene (BD), the second monomer is (b) styrene (SM), the third monomer is (c) acrylic acid (AA), and the fourth monomer is ( d1) polyethylene glycol monoacrylate (PEGA) or (d2) polyethylene glycol monomethacrylate (PEGMA), respectively.
또한, 단량체 함량은 단량체의 총 중량(100 중량%) 중의 함량(중량%)를 기준으로 하고, 단량체의 함량 비율은 중량 비율을 기준으로 한다. 단, 소수점 셋째 자리 이하의 수가 존재하는 경우, 소수점 셋째 자리에서 반올림하여, 소수점 둘째 자리까지 나타내었다.In addition, the monomer content is based on the content (% by weight) in the total weight (100% by weight) of the monomer, and the content ratio of the monomer is based on the weight ratio. However, if there is a number with three decimal places or less, it is rounded off from the third decimal place and displayed to the second decimal place.
*M1: 제1 단량체 *M2: 제2 단량체*M1: first monomer *M2: second monomer
*M3: 제3 단량체 *M4: 제4 단량체*M3: third monomer *M4: fourth monomer
상기 표 1에서, 상기 실시예 1 내지 7의 단량체 혼합물은 각각, 상기 일 구현예에 제한된 단량체 종류 및 함량을 모두 만족하는 것이다.In Table 1, each of the monomer mixtures of Examples 1 to 7 satisfies all of the monomer types and contents limited in the embodiment.
구체적으로, 상기 실시예 1 내지 7의 단량체 혼합물은 각각, 단량체 혼합물의 총 중량(100 중량%) 중, a) 지방족 공액 디엔계 제1 단량체 40 내지 55 중량%. b) 방향족 비닐계 제2 단량체 유래 40 내지 55 중량%, c) 불포화 카르본산계 제3 단량체 유래 0.1 내지 3 중량% 및 d) 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 유래 1 내지 11 중량%를 포함하는 단량체 혼합물을 유화 중합하여 바인더를 제조한 것이다.Specifically, the monomer mixtures of Examples 1 to 7, respectively, of the total weight (100% by weight) of the monomer mixture, a) 40 to 55% by weight of the aliphatic conjugated diene-based first monomer. b) 40 to 55% by weight of aromatic vinyl-based second monomer, c) 0.1 to 3% by weight of unsaturated carboxylic acid-based third monomer, and d) 1 to 11% by weight of polyethylene glycol mono (meth)acrylate derived A binder was prepared by emulsion polymerization of a monomer mixture.
그에 반면, 상기 비교예 1은 제4 단량체를 불포함하고, 비교예 2 내지 5는 제4 단량체를 포함하지만 상기 일 구현예에 제한된 함량 범위에 미달하거나(비교예 2 및 4) 초과하는 것(비교예 3 및 5)이다. 비교예 6 및 7은 제4 단량체를 포함하지만 제1 및 제2 단량체의 함량 범위가 바람직한 범위를 벗어나는 경우에 관한 것이다. 비교예 8 및 9는 제4 단량체를 포함하지만 제3 단량체를 포함하지 않거나 바람직한 범위를 벗어나는 경우에 관한 것이다.On the other hand, Comparative Example 1 does not include the fourth monomer, and Comparative Examples 2 to 5 include the fourth monomer, but less than or exceeding the content range limited to the one embodiment (Comparative Examples 2 and 4) (Comparative Examples 2 and 4) Examples 3 and 5). Comparative Examples 6 and 7 relate to a case in which the fourth monomer is included, but the content ranges of the first and second monomers are out of the preferred range. Comparative Examples 8 and 9 relate to a case in which the fourth monomer is included but the third monomer is not included or is outside the preferred range.
나아가, 상기 실시예 1 내지 7의 단량체 혼합물은 각각, 제1 단량체/제4 단량체의 중량 비율(즉, 제1 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율)이 3.64 내지 55 범위 내에 있고, 제2 단량체/제4 단량체의 중량 비율(즉, 제2 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율)이 3.64 내지 55 범위 내에 있고, 제3 단량체/제4 단량체의 중량 비율(즉, 제3 반복 단위/제4 반복 단위의 중량 비율)은 0.01 내지 3 범위 내에 있으면서, 제1 단량체/제2 단량체의 중량 비율(즉, 제1 반복 단위/제2 반복 단위의 중량 비율)은 0.73 내지 1.38 범위 내에 있다.Further, in the monomer mixtures of Examples 1 to 7, the weight ratio of the first monomer/the fourth monomer (ie, the weight ratio of the first repeating unit/the fourth repeating unit) is in the range of 3.64 to 55, and the second the weight ratio of the monomer/fourth monomer (ie, the weight ratio of the second repeating unit/the fourth repeating unit) is in the range of 3.64 to 55, and the weight ratio of the third monomer/the fourth monomer (ie, the third repeating unit/ The weight ratio of the fourth repeating unit) is in the range of 0.01 to 3, while the weight ratio of the first monomer/second monomer (ie, the weight ratio of the first repeating unit/the second repeating unit) is in the range of 0.73 to 1.38.
그에 반면, 비교예 1 내지 5의 단량체 혼합물은 각각, 제3 단량체/제4 단량체의 중량 비율이 0.01 내지 3 범위에 있고 제1 단량체/제2 단량체의 중량 비율이 0.73 내지 1.38 범위에 있지만, 제1 단량체/제4 단량체의 중량 비율 및 제2 단량체/제4 단량체의 중량 비율은 전술한 범위들을 만족하지 못한다. 비교예 6 및 7의 단량체 혼합물은 제1 단량체/제2 단량체의 중량 비율이 바람직한 범위를 벗어난다. 비교예 8의 단량체 혼합물은 제3 단량체/제4 단량체의 중량 비율이 바람직한 범위를 벗어난다.On the other hand, in the monomer mixtures of Comparative Examples 1 to 5, respectively, the weight ratio of the third monomer/fourth monomer is in the range of 0.01 to 3 and the weight ratio of the first monomer/the second monomer is in the range of 0.73 to 1.38, but The weight ratio of the first monomer/the fourth monomer and the weight ratio of the second monomer/the fourth monomer do not satisfy the above-described ranges. In the monomer mixtures of Comparative Examples 6 and 7, the weight ratio of the first monomer/second monomer is outside the preferred range. In the monomer mixture of Comparative Example 8, the weight ratio of the third monomer/fourth monomer was outside the preferred range.
비교예 10Comparative Example 10
(1) 음극용 바인더의 제조(1) Preparation of binder for negative electrode
메타크릴산메틸(45 중량부), 폴리에틸렌글리콜 모노아크릴레이트(45 중량부), 아크릴산(1.3 중량부), 메타크릴산(3.7 중량부), 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(5 중량부)의 단량체 혼합물과 용매인 물(500 중량부)을 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 방법으로 중합하여, 비교예 10의 바인더를 제조하였다.Methyl methacrylate (45 parts by weight), polyethylene glycol monoacrylate (45 parts by weight), acrylic acid (1.3 parts by weight), methacrylic acid (3.7 parts by weight), and trimethylolpropane triacrylate (5 parts by weight) A binder of Comparative Example 10 was prepared by polymerization in the same manner as in Example 1, except that the monomer mixture and water (500 parts by weight) as a solvent were used.
상기 비교예 10의 바인더는, 라텍스 입자 형태의 공중합체를 포함하고, 전체 고형분 함량이 17%이다. The binder of Comparative Example 10 includes a copolymer in the form of latex particles, and has a total solid content of 17%.
(2) 음극 합제, 음극, 및 이차 전지의 제조(2) Preparation of negative electrode mixture, negative electrode, and secondary battery
상기 실시예 1의 바인더 대신 상기 비교예 10의 바인더를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 비교예 10의 음극 합제, 음극, 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.A negative electrode mixture, a negative electrode, and a lithium secondary battery of Comparative Example 10 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the binder of Comparative Example 10 was used instead of the binder of Example 1.
비교예 11Comparative Example 11
(1) 음극용 바인더의 제조 (1) Preparation of binder for negative electrode
폴리에틸렌글리콜 모노아크릴레이트(86.4 중량부), 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(13.6 중량부)를 포함하는 단량체 혼합물과 용매인 물(500 중량부)를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 방법으로 중합하여, 비교예 11의 바인더를 제조하였다.The same method as in Example 1, except that a monomer mixture containing polyethylene glycol monoacrylate (86.4 parts by weight) and trimethylolpropane triacrylate (13.6 parts by weight) and water (500 parts by weight) as a solvent were used. By polymerization, the binder of Comparative Example 11 was prepared.
상기 비교예 11의 바인더는, 라텍스 입자 형태의 공중합체를 포함하고, 전체 고형분 함량이 17%이다. The binder of Comparative Example 11 includes a copolymer in the form of latex particles, and has a total solid content of 17%.
(2) 음극 합제, 음극, 및 이차 전지의 제조(2) Preparation of negative electrode mixture, negative electrode, and secondary battery
상기 실시예 1의 바인더 대신 상기 비교예 11의 바인더를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 비교예 11의 음극 합제, 음극, 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.A negative electrode mixture, a negative electrode, and a lithium secondary battery of Comparative Example 11 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the binder of Comparative Example 11 was used instead of the binder of Example 1.
비교예 12Comparative Example 12
(1) 음극용 바인더의 제조 (1) Preparation of binder for negative electrode
폴리에틸렌글리콜 모노아크릴레이트(30 중량부), 아세트산비닐(15 중량부), 아크릴산(1.3 중량부), 메타크릴산(3.7 중량부), 메타크릴산메틸(45 중량부), 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(5 중량부)를 포함하는 단량체 혼합물과 용매인 물(500 중량부)를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 방법으로 중합하여, 비교예 12의 바인더를 제조하였다.Polyethylene glycol monoacrylate (30 parts by weight), vinyl acetate (15 parts by weight), acrylic acid (1.3 parts by weight), methacrylic acid (3.7 parts by weight), methyl methacrylate (45 parts by weight), and trimethylolpropanetri A binder of Comparative Example 12 was prepared by polymerization in the same manner as in Example 1, except that a monomer mixture containing acrylate (5 parts by weight) and water (500 parts by weight) as a solvent were used.
상기 비교예 12의 바인더는, 라텍스 입자 형태의 공중합체를 포함하고, 전체 고형분 함량이 17%이다. The binder of Comparative Example 12 includes a copolymer in the form of latex particles, and has a total solid content of 17%.
(2) 음극 합제, 음극, 및 이차 전지의 제조(2) Preparation of negative electrode mixture, negative electrode, and secondary battery
상기 실시예 1의 바인더 대신 상기 비교예 12의 바인더를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 비교예 12의 음극 합제, 음극, 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.A negative electrode mixture, a negative electrode, and a lithium secondary battery of Comparative Example 12 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the binder of Comparative Example 12 was used instead of the binder of Example 1.
비교예 13Comparative Example 13
(1) 음극용 바인더의 제조 (1) Preparation of binder for negative electrode
폴리에틸렌글리콜 모노아크릴레이트(30 중량부), 아세트산비닐(55 중량부), 아크릴산(2 중량부), 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(13 중량부)를 포함하는 단량체 혼합물과 용매인 물(500 중량부)를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 방법으로 중합하여, 비교예 13의 바인더를 제조하였다.A monomer mixture containing polyethylene glycol monoacrylate (30 parts by weight), vinyl acetate (55 parts by weight), acrylic acid (2 parts by weight), and trimethylolpropane triacrylate (13 parts by weight) and water as a solvent (500 parts by weight) Part) was polymerized in the same manner as in Example 1, except that the binder of Comparative Example 13 was prepared.
상기 비교예 13의 바인더는, 라텍스 입자 형태의 공중합체를 포함하고, 전체 고형분 함량이 17%이다. The binder of Comparative Example 13 includes a copolymer in the form of latex particles, and has a total solid content of 17%.
(2) 음극 합제, 음극, 및 이차 전지의 제조(2) Preparation of negative electrode mixture, negative electrode, and secondary battery
상기 실시예 1의 바인더 대신 상기 비교예 13의 바인더를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 비교예 13의 음극 합제, 음극, 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.A negative electrode mixture, a negative electrode, and a lithium secondary battery of Comparative Example 13 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the binder of Comparative Example 13 was used instead of the binder of Example 1.
비교예 14Comparative Example 14
(1) 음극용 바인더의 제조 (1) Preparation of binder for negative electrode
폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(5 중량부), 시클로헥실메타크릴레이트(30 중량부), 메타크릴산(1 중량부), 아크릴산(1 중량부), 아크릴아미드(0.1 중량부), 메타크릴산 2-하이드록시에틸(5 중량부), 2-에틸헥실아크릴레이트(55 중량부), 메타크릴산메틸(1 중량부), 메타크릴산부틸(0.4 중량부), 부틸아크릴레이트(1 중량부), 및 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(0.5 중량부)를 포함하는 단량체 혼합물을 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 방법으로 중합하여, 비교예 14의 바인더를 제조하였다.Polyethylene glycol dimethacrylate (5 parts by weight), cyclohexyl methacrylate (30 parts by weight), methacrylic acid (1 part by weight), acrylic acid (1 part by weight), acrylamide (0.1 parts by weight), methacrylic acid 2-hydroxyethyl (5 parts by weight), 2-ethylhexyl acrylate (55 parts by weight), methyl methacrylate (1 part by weight), butyl methacrylate (0.4 parts by weight), butyl acrylate (1 part by weight) ), and by polymerization in the same manner as in Example 1, except that a monomer mixture containing trimethylolpropane triacrylate (0.5 parts by weight) was used, to prepare a binder of Comparative Example 14.
상기 비교예 14의 바인더는, 라텍스 입자 형태의 공중합체를 포함하고, 전체 고형분 함량이 40%이다. The binder of Comparative Example 14 includes a copolymer in the form of latex particles, and has a total solid content of 40%.
(2) 음극 합제, 음극, 및 이차 전지의 제조(2) Preparation of negative electrode mixture, negative electrode, and secondary battery
상기 실시예 1의 바인더 대신 상기 비교예 14의 바인더를 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 비교예 14의 음극 합제, 음극, 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.A negative electrode mixture, a negative electrode, and a lithium secondary battery of Comparative Example 14 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the binder of Comparative Example 14 was used instead of the binder of Example 1.
실험예 1: 음극용 바인더의 평가 Experimental Example 1: Evaluation of binder for negative electrode
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 14에 대해, 각각 다음과 같은 조건으로 바인더를 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 기록하였다.For Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 14, binders were evaluated under the following conditions, respectively, and the results are recorded in Table 2 below.
(1) 라텍스 입자의 평균 입경: 입도 분석기(NICOMP AW380, PSS 사 제조)를 이용하여, 바인더 내 라텍스 입자의 산술 평균 입경, 구체적으로 산란 강도(Intensity distribution) 평균 입경을 구하였다.(1) Average particle diameter of latex particles: Using a particle size analyzer (NICOMP AW380, manufactured by PSS), the arithmetic average particle diameter of the latex particles in the binder, specifically, the average particle diameter of scattering intensity (Intensity distribution) was obtained.
(2) 바인더 내 겔 함량: 수학식 1을 사용하여 계산하였다. 구체적으로, 소정의 바인더를 80도에서 24 시간 건조한 다음 0.5g 정도를 취하여 정확한 무게를 측정하였고, 이를 수학식 1의 Ma로 하였다. (2) Gel content in binder: Calculated using Equation 1. Specifically, after drying a predetermined binder at 80° C. for 24 hours, about 0.5 g was taken and the exact weight was measured, and this was defined as Ma in Equation 1.
이후, 무게가 측정된 바인더를 THF(Tetrahydrofuran) 50 g에 24 시간 담가 두었다. 이후 무게를 알고 있는 200 Mesh에 THF에 담겨있는 바인더를 거른 다음, 상기 Mesh와 Mesh에 남아 있는 공중합체를 같이 80 도에서 24 시간 건조시킨 뒤, Mesh와 Mesh에 남아 있는 공중합체의 무게를 측정하였고, 여기에서 200 Mesh의 무게를 제한 값을 Mesh에 남아 있는 공중합체의 무게인 Mb로 하였다. Thereafter, the weighed binder was immersed in 50 g of THF (Tetrahydrofuran) for 24 hours. After that, the binder contained in THF was filtered through 200 Mesh of known weight, and the mesh and the copolymer remaining in the mesh were dried together at 80 degrees for 24 hours, and the weight of the copolymer remaining in the mesh and the mesh was measured. , where the weight of 200 mesh was deducted, M b was the weight of the copolymer remaining in the mesh.
[수학식 1] 겔 함량(%)= Mb/Ma * 100[Equation 1] Gel content (%) = M b /M a * 100
각 바인더 당, 3개 이상의 시료에 대한 평균값으로 구하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.For each binder, the average value of three or more samples was obtained, and the results are shown in Table 2 below.
(3) 바인더의 안정성: Homogenizer를 이용하여 바인더 100 g을 용기에 넣고 head를 라텍스에 잠기게 고정한 뒤 3000 rpm으로 10 분간 shear를 가하고 200 mesh에 걸러 응집량(Coagulum)을 측정하였다.(3) Stability of binder: 100 g of binder was put into a container using a homogenizer, the head was fixed immersed in latex, shear was applied at 3000 rpm for 10 minutes, and the amount of coagulation (Coagulum) was measured by filtering through 200 mesh.
(%)Gel content in binder
(%)
(응집량, ppm)Binder Stability Test
(aggregation amount, ppm)
상기 표 2에서, 상기 실시예 1 내지 7의 바인더는 각각, 50 내지 500 nm 의 평균 입경을 갖는 공중합체(라텍스 입자)를 포함하면서, 겔 함량이 95 % 이상이고, 안정성 테스트 상 250 ppm 이하의 응집력이 나타나는 것을 확인할 수 있다.In Table 2, the binders of Examples 1 to 7 each contained a copolymer (latex particles) having an average particle diameter of 50 to 500 nm, and had a gel content of 95% or more, and 250 ppm or less in a stability test. It can be seen that the cohesive force appears.
그에 반면, 상기 비교예 10 내지 14의 바인더는 각각, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체가 사용되었지만 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체는 사용되지 않고 다른 단량체로 대체되어, 겔 함량 및 안정성 중 적어도 하나가 열등해진 것으로 확인된다.On the other hand, in the binders of Comparative Examples 10 to 14, the polyethylene glycol mono (meth) acrylate-based fourth monomer was used, respectively, but the aliphatic conjugated diene-based first monomer and the aromatic vinyl-based second monomer were not used and were used as other monomers. Replaced, it is found that at least one of gel content and stability is inferior.
한편, 상기 비교예 1 내지 5의 바인더는 각각, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체를 사용되지 않거나 그 사용량이 상기 일 구현예에서 제한된 범위를 만족하지 않았지만, 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체가 사용된 이상, 겔 함량과 안정성은 상기 실시예 1 내지 7과 동등 수준으로 확보된 것으로 확인된다. 비교예 6 및 7의 바인더는 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체가 제한된 범위를 만족하지 않지만, 사용된 이상, 겔 함량과 안정성은 상기 실시예 1 내지 7과 동등 수준으로 확보된 것으로 확인된다. 비교예 8의 바인더는 제 3단량체를 사용하지 않아 안정성이 저하된 것으로 확인된다. 비교예 9의 바인더는 제 3 단량체가 제한된 범위를 만족하지 않지만, 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체가 사용된 이상, 겔 함량과 안정성은 상기 실시예 1 내지 7과 동등 수준으로 확보된 것으로 확인된다.On the other hand, in the binders of Comparative Examples 1 to 5, respectively, the polyethylene glycol mono (meth) acrylate-based fourth monomer was not used or the amount used did not satisfy the limited range in the embodiment, but the aliphatic conjugated diene-based first As long as the monomer and the aromatic vinyl-based second monomer are used, it is confirmed that the gel content and stability are secured at the same level as in Examples 1 to 7 above. The binders of Comparative Examples 6 and 7 do not satisfy the limited range of the aliphatic conjugated diene-based first monomer and the aromatic vinyl-based second monomer, but as long as they are used, the gel content and stability are secured at the same level as those of Examples 1 to 7 confirmed to have been It is confirmed that the binder of Comparative Example 8 did not use the third monomer, and thus stability was lowered. The binder of Comparative Example 9 did not satisfy the limited range of the third monomer, but as long as the aliphatic conjugated diene-based first monomer and the aromatic vinyl-based second monomer were used, the gel content and stability were equivalent to those of Examples 1 to 7 confirmed to be secured with
다만, 상기 비교예 1 내지 9의 바인더와 관련하여, 전지 적용 시의 효과를 추가로 확인해볼 필요가 있다.However, with respect to the binders of Comparative Examples 1 to 9, it is necessary to additionally check the effect when the battery is applied.
실험예 2: 음극 및 이차 전지 평가Experimental Example 2: Evaluation of negative electrode and secondary battery
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 14에 대해, 각각 다음과 같은 조건으로 음극 및 리튬 이차 전지를 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 기록하였다.For Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 14, the negative electrode and the lithium secondary battery were evaluated under the following conditions, respectively, and the results are recorded in Table 3 below.
(1) 음극 접착력: 상기 실시예 및 비교예의 각 음극에 대해, 5회 이상 벗김 강도를 측정한 후 평균값을 구하여, 그 평균값을 하기 표 3에 나타내었다. 여기서, 벗김 강도는, 장력 측정기 (Stable Micro System社, TA-XT)를 이용하여, 폭 10 mm의 접 착 테이프에 음극을 부착한 후, 180˚의 박리 각도로 음극으로부터 테이프를 뜯어낼 때 필요한 힘(N)을 측정한 것이다.(1) Negative electrode adhesion: For each negative electrode of Examples and Comparative Examples, the peel strength was measured 5 times or more, and the average value was obtained, and the average value is shown in Table 3 below. Here, the peeling strength is measured by attaching the negative electrode to an adhesive tape having a width of 10 mm using a tension measuring instrument (Stable Micro System, TA-XT), and then removing the tape from the negative electrode at a peeling angle of 180˚. The force (N) is measured.
(2) 이차 전지의 초기 방전 저항: 25 ℃의 항온 챔버 내에서, 상기 각 리튬 이온 전지가 SOC(state of charge)가 50%인 상태로부터, 150 A의 전류로 10초간 방전을 진행할 때 발생하는 전압 강하를 기록하고, R=V/I (옴의 법칙)을 이용하여 DC-저항 값을 산출하였다.(2) Initial discharge resistance of secondary battery: In a constant temperature chamber at 25 ° C, each lithium ion battery is discharged from a state of 50% SOC (state of charge) to a current of 150 A for 10 seconds. The voltage drop was recorded and the DC-resistance value was calculated using R=V/I (Ohm's Law).
(3) 이차 전지의 100 사이클 후 용량 유지율: 25 ℃의 항온 챔버 내에서, 상기 각 리튬 이차 전지를 36 A로 4.15 V에 이르기까지 CC/CV 모드(mode)로 충전한 뒤 3.0 V에 이르기까지 CC 모드로 방전하는 것을 1회의 사이클(cycle)로 하되, 상기 충전 및 상기 방전 사이에 20 분간 휴지기를 두며, 총 100 회의 사이클을 진행하였다. 첫 번째 사이클에서 측정된 방전 용량 대비, 100 번째 사이클에서 측정된 방전 용량의 비율을 계산하였다.(3) Capacity retention rate after 100 cycles of secondary battery: in a constant temperature chamber at 25° C., each lithium secondary battery is charged in CC/CV mode up to 4.15 V at 36 A, and then reaches 3.0 V Discharging in the CC mode was defined as one cycle, and a 20-minute rest period was placed between the charging and the discharging, and a total of 100 cycles were performed. The ratio of the discharge capacity measured in the first cycle to the discharge capacity measured in the 100th cycle was calculated.
(gf/cm)cathodic adhesion
(gf/cm)
(mΩ)Secondary battery initial discharge resistance
(mΩ)
상기 표 3에서, 상기 실시예 1 내지 7은, 음극 접착력, 이차 전지 초기 방전 저항 및 수명이 두루 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.From Table 3, it can be seen that Examples 1 to 7 showed excellent negative electrode adhesion, initial discharge resistance and lifespan of the secondary battery.
이는, 상기 일 구현예에 제한된 단량체(유래 반복 단위) 종류 및 함량을 모두 만족하는 단량체 혼합물을 유화 중합시킨 결과, 그 중합체를 포함하는 바인더의 음극 접착력이 뛰어나고, 이차 전지의 저항을 최소화하며, 궁극적으로는 이차 전지의 수명을 개선하는 데 기여함을 의미한다.This is a result of emulsion polymerization of a monomer mixture that satisfies all the types and contents of the monomers (derived repeating units) limited in the embodiment, and as a result, the binder including the polymer has excellent adhesion to the negative electrode, minimizes the resistance of the secondary battery, and ultimately This means that it contributes to improving the lifespan of the secondary battery.
그러나, 상기 제4 단량체를 불포함하는 바인더를 적용한 경우(비교예 1), 음극 접착력이 21.1 gf/cm에 불과하고, 이차 전지의 초기 방전 저항이 1.29 mΩ로 높으며, 무엇보다도 100 사이클 후 이차 전지의 용량 유지율이 88.3 %에 불과한 것으로 나타난다.However, when the binder containing the fourth monomer is applied (Comparative Example 1), the negative electrode adhesive force is only 21.1 gf / cm, the initial discharge resistance of the secondary battery is high as 1.29 mΩ, and above all, the secondary battery after 100 cycles It appears that the capacity retention rate is only 88.3%.
상기 제4 단량체를 포함하지만 상기 일 구현예에 제한된 함량 범위에 미달하는 경우에는(비교예 2 및 4), 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체의 존재에 의해 비교예 1보다는 음극 접착력이 증가하고, 이차 전지의 초기 방전 저항이 1.25~1.27 mΩ 수준으로 일부 감소하였으나, 100 사이클 후 이차 전지의 용량 유지율은 89.0~89.1 %에 머무른 것으로 나타난다.In the case of including the fourth monomer, but less than the content range limited in the embodiment (Comparative Examples 2 and 4), the negative electrode adhesion strength than in Comparative Example 1 due to the presence of the polyethylene glycol mono (meth)acrylate-based fourth monomer increases, and the initial discharge resistance of the secondary battery partially decreased to a level of 1.25 to 1.27 mΩ, but the capacity retention rate of the secondary battery after 100 cycles remained at 89.0 to 89.1%.
상기 비교예 2 및 4는 각각, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체에 대한 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체의 각 중량 비율(즉, 제1 단량체/제4 단량체의 중량 비율 및 제2 단량체/제4 단량체의 중량 비율)이 전술한 범위를 초과하는 것이기도 하다.In Comparative Examples 2 and 4, each weight ratio of the aliphatic conjugated diene-based first monomer and the aromatic vinyl-based second monomer to the polyethylene glycol mono (meth)acrylate-based fourth monomer (ie, the first monomer/the fourth monomer) The weight ratio of the monomer and the weight ratio of the second monomer/the fourth monomer) exceed the above-mentioned ranges.
이와 반대로, 상기 제4 단량체를 포함하지만 상기 일 구현예에 제한된 함량 범위를 초과하는 경우(비교예 3 및 5), 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체의 존재에 의해 비교예 1보다는 음극 접착력이 증가하면서 이차 전지의 초기 방전 저항은 일부 감소하였다. 다만, 상대적으로 제1 및 제2 단량체들의 함량이 감소함에 따라, 상기 비교예 2 및 4보다 음극 접착력이 저하되고, 이차 전지의 초기 방전 저항이 일부 증가하였다. 무엇보다도, 100 사이클 후 이차 전지의 용량 유지율은 88.5~88.7 %에 머무른 것으로 나타난다.On the contrary, when it includes the fourth monomer but exceeds the content range limited to the one embodiment (Comparative Examples 3 and 5), by the presence of the fourth polyethylene glycol mono (meth) acrylate-based monomer than in Comparative Example 1 As the negative electrode adhesion increased, the initial discharge resistance of the secondary battery was partially decreased. However, as the content of the first and second monomers relatively decreased, the negative electrode adhesion was lower than in Comparative Examples 2 and 4, and the initial discharge resistance of the secondary battery was partially increased. Above all, it appears that the capacity retention rate of the secondary battery after 100 cycles was maintained at 88.5 to 88.7%.
상기 비교예 3 및 5는 각각, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체에 대한 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체의 각 중량 비율(즉, 제1 단량체/제4 단량체의 중량 비율 및 제2 단량체/제4 단량체의 중량 비율)이 전술한 범위를 미달하는 것이기도 하다.In Comparative Examples 3 and 5, each weight ratio of the aliphatic conjugated diene-based first monomer and the aromatic vinyl-based second monomer to the polyethylene glycol mono(meth)acrylate-based fourth monomer (ie, the first monomer/the fourth monomer) The weight ratio of the monomer and the weight ratio of the second monomer/the fourth monomer) are also less than the above-mentioned ranges.
상기 제4 단량체를 포함하지만 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체가 제한된 범위를 만족하지 않는 경우(비교예 6 및 7), 음극 접착력이 낮거나 저항이 높아지고 100 사이클 후 이차 전지의 용량 유지율은 89.0~89.3 %에 머무른 것으로 나타난다.When the fourth monomer is included, but the aliphatic conjugated diene-based first monomer and the aromatic vinyl-based second monomer do not satisfy the limited range (Comparative Examples 6 and 7), the negative electrode adhesion is low or the resistance is high and the secondary battery after 100 cycles It appears that the capacity retention rate of
상기 제4 단량체를 포함하지만 불포화 카르본산계 제3 단량체가 제한된 범위를 만족하지 않는 경우(비교예 8 및 9), 음극 접착력이 낮고 100 사이클 후 이차 전지의 용량 유지율은 87.5~88.9 %에 머무른 것으로 나타난다.When the fourth monomer is included but the unsaturated carboxylic acid-based third monomer does not satisfy the limited range (Comparative Examples 8 and 9), the negative electrode adhesion is low and the capacity retention rate of the secondary battery after 100 cycles is 87.5 to 88.9%. appear.
또한, 상기 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트계 제4 단량체를 포함하지만 지방족 공액 디엔계 제1 단량체와 방향족 비닐계 제2 단량체를 포함하지 않고 고 다른 단량체로 대체된 경우(비교예 10 내지 14), 접착력 및 수명이 상기 실시예 1 내지 7보다는 열등한 수준임을 확인할 수 있다.In addition, when the polyethylene glycol mono (meth) acrylate-based fourth monomer is included, but the aliphatic conjugated diene-based first monomer and the aromatic vinyl-based second monomer are not included and are replaced with other monomers (Comparative Examples 10 to 14) , it can be seen that the adhesive strength and lifespan are inferior to those of Examples 1 to 7.
한편, 상기 실시예 1 내지 7에서, 각 단량체의 함량 및 단량체 2종의 함량 비율을 제어함으로써, 음극 접착력, 이차 전지의 초기 저항 및 수명이 조절할 수 있는 것으로 확인된다.On the other hand, in Examples 1 to 7, by controlling the content of each monomer and the content ratio of two kinds of monomers, it is confirmed that the negative electrode adhesion, the initial resistance and the lifespan of the secondary battery can be adjusted.
이는 곧, 상기 일 구현예의 설명과 더불어, 상기 실시예 1 내지 7의 예시를 참고하여 각 단량체의 함량 및 단량체 2종의 함량 비율을 제어함으로써, 음극 음극 접착력, 이차 전지의 초기 저항 및 수명을 목적하는 범위로 조절하는 것도 가능함을 의미한다.This is, in addition to the description of the embodiment, by controlling the content of each monomer and the content ratio of two types of monomers with reference to the examples of Examples 1 to 7, negative electrode adhesion, initial resistance and lifespan of the secondary battery. It means that it is also possible to adjust the range.
Claims (20)
a) 지방족 공액 디엔계 제1 단량체 유래 제1 반복 단위 40 내지 55 중량%,
b) 방향족 비닐계 제2 단량체 유래 제2 반복 단위 40 내지 55 중량%,
c) 불포화 카르본산계 제3 단량체 유래 제3 반복 단위 0.1 내지 3 중량% 및
d) 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 유래 제4 반복 단위 1 내지 11 중량%
를 포함하는 공중합체;를 포함하는 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
of the total weight (100% by weight) of the repeating units,
a) 40 to 55 wt% of a first repeating unit derived from an aliphatic conjugated diene-based first monomer;
b) 40 to 55 wt% of a second repeating unit derived from an aromatic vinyl-based second monomer;
c) 0.1 to 3% by weight of a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid-based third monomer; and
d) 1 to 11% by weight of the fourth repeating unit derived from polyethylene glycol mono(meth)acrylate
A copolymer comprising;
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 제4 반복 단위에 대한 상기 제1 반복 단위의 중량 비율은,
3.64 내지 55 (제1 반복 단위/제4 반복 단위)인 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The weight ratio of the first repeating unit to the fourth repeating unit is,
3.64 to 55 (first repeating unit / fourth repeating unit),
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 제4 반복 단위에 대한 상기 제2 반복 단위의 중량 비율은,
3.64 내지 55 (제2 반복 단위/제4 반복 단위)인 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The weight ratio of the second repeating unit to the fourth repeating unit is,
3.64 to 55 (second repeating unit / fourth repeating unit),
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 제4 반복 단위에 대한 상기 제3 반복 단위의 중량 비율은,
0.01 내지 3 (제3 반복 단위/제4 반복 단위)인 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The weight ratio of the third repeating unit to the fourth repeating unit is,
0.01 to 3 (third repeating unit / fourth repeating unit),
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 제2 반복 단위에 대한 상기 제1 반복 단위의 중량 비율은,
0.73 내지 1.38 (제1 반복 단위/제2 반복 단위)인 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The weight ratio of the first repeating unit to the second repeating unit is,
0.73 to 1.38 (first repeating unit/second repeating unit),
Binder for secondary battery negative electrode.
반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중,
지방족 공액 디엔계 제1 단량체 유래 제1 반복 단위는 41 내지 54 중량%로 포함되는 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
of the total weight (100% by weight) of the repeating units,
The first repeating unit derived from the aliphatic conjugated diene-based first monomer is included in an amount of 41 to 54 wt%,
Binder for secondary battery negative electrode.
반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중,
방향족 비닐계 제2 단량체 유래 제2 반복 단위는 41 내지 54 중량%로 포함되는 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
of the total weight (100% by weight) of the repeating units,
The second repeating unit derived from the aromatic vinyl-based second monomer is included in an amount of 41 to 54 wt%,
Binder for secondary battery negative electrode.
반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중,
불포화 카르본산계 제3 단량체 유래 제3 반복 단위는 1.5 내지 2.3 중량%로 포함되는 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
of the total weight (100% by weight) of the repeating units,
The third repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid-based third monomer is included in an amount of 1.5 to 2.3% by weight,
Binder for secondary battery negative electrode.
반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중,
폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 유래 제4 반복 단위는 1 내지 10 중량%로 포함되는 것인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
of the total weight (100% by weight) of the repeating units,
The fourth repeating unit derived from polyethylene glycol mono (meth) acrylate is included in an amount of 1 to 10% by weight,
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 제1 단량체는,
1,3-부타디엔,2-메틸-1,3-부타디엔,2,3-디메틸-1,3-부타디엔,1,2-디메틸-1,3-부타디엔, 1,4-디메틸-1,3-부타디엔, 1-에틸-1,3-부타디엔,2-페닐-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 1,4-펜타디엔, 3-메틸-1,3-펜타디엔, 4-메틸-1,3-펜타디엔, 2,4-디메틸-1,3-펜타디엔, 3-에틸-1,3-펜타디엔, 1,3-헥사디엔, 1,4-헥사디엔,1,5-헥사디엔, 2-메틸-1,5-헥사디엔, 1,6-헵타디엔, 6-메틸-1,5-헵타디엔,1,6-옥타디엔, 1,7-옥타디엔 및 7-메틸-1,6-옥타디엔으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The first monomer is
1,3-Butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,2-dimethyl-1,3-butadiene, 1,4-dimethyl-1,3- Butadiene, 1-ethyl-1,3-butadiene, 2-phenyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,4-pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 4-methyl -1,3-pentadiene, 2,4-dimethyl-1,3-pentadiene, 3-ethyl-1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, 1,4-hexadiene, 1,5- Hexadiene, 2-methyl-1,5-hexadiene, 1,6-heptadiene, 6-methyl-1,5-heptadiene, 1,6-octadiene, 1,7-octadiene and 7-methyl- At least one selected from the group consisting of 1,6-octadiene,
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 제2 단량체는,
스티렌, α-메틸스티렌, β-메틸스티렌, p-t-부틸스티렌, 클로로스티렌, 비닐벤조산, 비닐벤조산메틸, 비닐나프탈렌, 클로로메틸스티렌, 히드록시메틸스티렌 및 디비닐벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The second monomer is
At least one selected from the group consisting of styrene, α-methylstyrene, β-methylstyrene, pt-butylstyrene, chlorostyrene, vinylbenzoic acid, methyl vinylbenzoate, vinylnaphthalene, chloromethylstyrene, hydroxymethylstyrene, and divinylbenzene ,
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 제3 단량체는,
아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 테트라하이드로프탈산, 크로톤산, 이소크로톤산, 및 나딕산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The third monomer is
At least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, itaconic acid, tetrahydrophthalic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, and nadic acid,
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 공중합체는 50 nm 내지 500 nm의 평균 입경을 갖는 라텍스(latex) 입자인,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
The copolymer is a latex particle having an average particle diameter of 50 nm to 500 nm,
Binder for secondary battery negative electrode.
수성 용매를 더 포함하는,
이차 전지 음극용 바인더.
The method of claim 1,
further comprising an aqueous solvent;
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 수성 용매는,
상기 공중합체 100 중량부에 대하여, 50 내지 1,000 중량부로 포함되는,
이차 전지 음극용 바인더.
15. The method of claim 14,
The aqueous solvent is
Based on 100 parts by weight of the copolymer, 50 to 1,000 parts by weight included,
Binder for secondary battery negative electrode.
상기 단량체 혼합물의 총 중량(100 중량%) 중, a) 지방족 공액 디엔계 제1 단량체 40 내지 55 중량%, b) 방향족 비닐계 제2 단량체 40 내지 55 중량%, c) 불포화 카르본산계 제3 단량체 0.1 내지 3 중량% 및 d) 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트 단량체 1 내지 11 중량%를 포함하는 것인,
이차 전지 음극용 바인더의 제조 방법.
In the presence of an emulsifier and a polymerization initiator, emulsion polymerization of a monomer mixture to prepare a copolymer;
Of the total weight (100% by weight) of the monomer mixture, a) 40 to 55% by weight of an aliphatic conjugated diene-based first monomer, b) 40 to 55% by weight of an aromatic vinyl-based second monomer, c) a third unsaturated carboxylic acid 0.1 to 3% by weight of a monomer and d) 1 to 11% by weight of a polyethylene glycol mono (meth)acrylate monomer,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
이차 전지 음극 합제.
A secondary battery negative electrode comprising the binder and the negative electrode active material of claim 1,
Secondary battery negative mix.
도전재를 더 포함하는,
이차 전지 음극 합제.
18. The method of claim 17,
further comprising a conductive material,
Secondary battery negative mix.
음극 집전체를 포함하는,
이차 전지 음극.
A negative electrode mixture layer comprising the secondary battery negative mixture of claim 17; and
including a negative electrode current collector;
secondary battery negative electrode.
이차 전지.Including the negative electrode of the secondary battery of claim 19,
secondary battery.
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2021
- 2021-09-16 KR KR1020210123592A patent/KR20220039604A/en not_active Application Discontinuation
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