KR20220057239A - Binder for anode of secondary battery, anode of secondary battery and secondary battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a binder for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode of a secondary battery, and a secondary battery. Specifically, according to embodiments of the present invention, provided are a binder for a negative electrode of a secondary battery including an aqueous dispersion of an acid and an aromatic hydrocarbon-modified resin, a manufacturing method thereof, a negative electrode manufactured by using the same, and a secondary battery.

Description

이차 전지의 음극용 바인더, 이차 전지의 음극 및 이차 전지 {BINDER FOR ANODE OF SECONDARY BATTERY, ANODE OF SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY}Binder for negative electrode of secondary battery, negative electrode of secondary battery, and secondary battery

본 발명은 이차 전지의 음극용 바인더, 이차 전지의 음극 및 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a binder for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode for a secondary battery, and a secondary battery.

휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 소형 전자 기기뿐만 아니라, 전기 자동차, 전력 저장 장치 등 대형 전자 기기의 전원으로서, 이차 전지가 각광받고 있다.BACKGROUND ART A secondary battery is in the spotlight as a power source for not only small electronic devices such as portable computers, portable telephones, and cameras, but also large electronic devices such as electric vehicles and power storage devices.

이차 전지의 음극은 집전체 및 음극 활물질층을 포함하며, 여기서 음극 활물질층은 음극 활물질 및 바인더를 포함한다.The negative electrode of the secondary battery includes a current collector and a negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a binder.

일반적으로 알려진 이차 전지의 음극용 바인더에는, 플루오르화 폴리비닐리덴(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 스티렌-부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber, SBR), 폴리올레핀(Polyolefin, PO)계 고분자 등이 있다.Commonly known binders for negative electrodes of secondary batteries include polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber (SBR), and polyolefin (PO)-based polymers.

이 중에서, PVDF는 흑연 등 탄소계 음극 활물질과의 상호 작용이 우수하여 결착력이 높고, 전기화학적으로 안정한 이점이 있다. 다만, 유연성이 부족하여, 이차 전지의 충방전 중 음극 활물질의 수축 및 팽창에 따라 결합이 파괴되고, 이차 전지의 사이클 특성을 저하시키는 문제가 있다. 이 뿐만 아니라, 유기 용매를 사용하여 비수계 음극 슬러리를 제조하여야 하므로, 환경 오염을 유발하는 문제도 있다.Among them, PVDF has excellent interaction with a carbon-based negative active material such as graphite, and thus has a high binding force and is electrochemically stable. However, due to lack of flexibility, there is a problem in that the bond is broken according to the contraction and expansion of the negative active material during charging and discharging of the secondary battery, and the cycle characteristics of the secondary battery are deteriorated. In addition to this, since it is necessary to prepare a non-aqueous negative electrode slurry using an organic solvent, there is a problem of causing environmental pollution.

SBR은 유화 중합으로 제조된 입자상 고분자로서, 환경 친화적이고, 소량 사용하더라도 우수한 결합력을 나타내어 이차 전지의 용량 및 초기 충방전 효율을 향상시키는 장점이 있다. 다만, 흑연과의 접촉 면적이 좁아 결착력이 열세하고, 입자 내부에 불포화 이중 결합이 존재하여 열적 안정성이 낮아, 이차 전지의 사이클 특성을 저하시키는 문제가 있다.SBR is a particulate polymer produced by emulsion polymerization, and has the advantage of improving the capacity and initial charge/discharge efficiency of a secondary battery by being environmentally friendly and exhibiting excellent bonding strength even when used in a small amount. However, there is a problem in that the contact area with graphite is narrow, the binding force is poor, the thermal stability is low due to the presence of unsaturated double bonds inside the particles, and the cycle characteristics of the secondary battery are deteriorated.

PO계 고분자는 우수한 내전해액 특성과 열 안정성을 가지지만, 비극성 고분자의 낮은 접착력으로 인해 충방전 중 음극 활물질 및 전극 집전체와의 결착력이 저하되고, 이차 전지의 사이클 특성을 저하시키는 문제가 있다.The PO-based polymer has excellent electrolyte resistance and thermal stability, but due to the low adhesion of the non-polar polymer, the binding force with the anode active material and the electrode current collector during charging and discharging is lowered, and there is a problem of lowering the cycle characteristics of the secondary battery.

본 발명은, PO계 고분자의 변성을 통해 초기 접착력을 강화하면서도, 충방전 과정 중의 결착력을 유지하여, 이차 전지의 장기 구동 시에도 우수한 사이클 특성을 확보하는 기술을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a technology for securing excellent cycle characteristics even during long-term driving of a secondary battery by strengthening initial adhesion through modification of a PO-based polymer, while maintaining binding force during a charge/discharge process.

본 발명의 구현예들에서는, 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 수분산액을 포함하는 이차 전지의 음극용 바인더; 이의 제조 방법; 이를 이용하여 제조된 음극 및 이차 전지를 제공한다.In embodiments of the present invention, a binder for a negative electrode of a secondary battery comprising an aqueous dispersion of an acid and an aromatic hydrocarbon-modified resin; its manufacturing method; Provided are a negative electrode and a secondary battery manufactured using the same.

구체적으로, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는, 폴리올레핀을 포함하며, 특히 상기 폴리올레핀의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 위치하는 산(acid) 작용기 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon)계 펜던트(pendant) 작용기를 포함한다.Specifically, the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin includes a polyolefin, and in particular, an acid functional group and an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group located inside, at the terminal, or both of the molecule of the polyolefin. includes

또한, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는, 폴리올레핀계 수지를 산 및 방향족 화합물과 순차적으로 반응시킴으로써 제조된다. In addition, the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin is prepared by sequentially reacting a polyolefin-based resin with an acid and an aromatic compound.

상기 일 구현예의 이차 전지 음극용 바인더는, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지 내 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기가 음극 활물질의 표면과 π-π 스태킹 상호작용(π-π stacking interactions)을 유도하여, 초기 접착력을 강화하면서도, 충방전 과정 중의 결착력을 유지하여, 이차 전지의 장기 구동 시에도 우수한 사이클 특성을 확보할 수 있다.In the binder for a secondary battery negative electrode of one embodiment, the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group in the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin induces π-π stacking interactions with the surface of the negative electrode active material, thereby increasing the initial adhesion While strengthening, it is possible to secure excellent cycle characteristics even during long-term driving of the secondary battery by maintaining binding force during the charging/discharging process.

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.

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.The terminology used herein is used to describe exemplary embodiments only, 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.

본 명세서에 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. In this specification, when each layer or element is referred to as being formed "on" or "over" each layer or element, it means that each layer or element is formed directly on each layer or element, or another layer. or that elements may be additionally formed between each layer, on an object, on a substrate.

본 명세서에 있어서, 별도의 정의가 없는 한, "공중합"이란 블록 공중합, 랜덤 공중합, 그래프트 공중합 또는 교호 공중합을 의미할 수 있고, "공중합체"란 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 그래프트 공중합체 또는 교호 공중합체를 의미할 수 있다.In the present specification, unless otherwise defined, "copolymerization" may mean block copolymerization, random copolymerization, graft copolymerization, or alternating copolymerization, and "copolymer" means block copolymer, random copolymer, graft copolymer, or alternating copolymers.

본 명세서에 있어서, "바인더"는 용매 등이 혼합되지 않은 고형분을 의미하고, "바인더 조성물"은 "바인더"에 용매 등이 혼합된 용액을 의미할 수 있다.In the present specification, "binder" may mean a solid content in which a solvent is not mixed, and "binder composition" may mean a solution in which a solvent is mixed with a "binder".

본 명세서 있어서, "펜던트(pendant) 작용기"는 사슬형 화합물의 사슬 말단이 아닌 내부에 위치하는 작용기를 의미하고, 구체적으로는 사슬형 화합물의 측쇄에 직, 간접적으로 그래프트된 작용기, 고리형 화합물의 고리 원자에 직, 간접적으로 결합된 작용기를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.As used herein, the term "pendant functional group" refers to a functional group located inside, not at the end of the chain, of the chain compound, specifically, a functional group grafted directly or indirectly to the side chain of the chain compound, the cyclic compound It may be understood to include a functional group bonded directly or indirectly to a ring atom.

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.

이차 전지의 음극용 바인더Binder for negative electrode of secondary battery

본 발명의 일 구현예 이전에 알려진 폴리올레핀계 음극용 바인더는, 유리 전이 온도(Tg)가 낮은 공중합 단량체의 도입, 엘라스토머 블렌딩(Elastomer blending) 또는 극성 작용기(Polar functional group)을 치환하는 방식을 통해 접착력을 강화하고자 하였다. 그러나, 이들은 저장 안정성, 점착 특성 등에 있어서 한계가 있었다.The binder for a polyolefin-based negative electrode known before one embodiment of the present invention, introduction of a copolymer monomer having a low glass transition temperature (Tg), elastomer blending (Elastomer blending) or a polar functional group (Polar functional group) through a method of substituting the adhesive force was intended to strengthen. However, they have limitations in storage stability, adhesive properties, and the like.

이와 같은 한계를 극복하기 위해, 본 발명의 일 구현예에서는, 상기 π-π 스태킹 상호작용을 바인더 시스템에 도입하였다. In order to overcome this limitation, in one embodiment of the present invention, the π-π stacking interaction was introduced into the binder system.

구체적으로, 상기 일 구현예에서는, 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지;를 포함하는, 이차 전지의 음극용 바인더를 제공한다.Specifically, in the exemplary embodiment, there is provided a binder for a negative electrode of a secondary battery, including; acid and aromatic hydrocarbon-modified resin.

보다 구체적으로, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는, 폴리올레핀, 및 상기 폴리올레핀의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 위치하는 산(acid) 작용기 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon)계 펜던트(pendant) 작용기를 포함한다.More specifically, the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin includes an acid functional group and an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group located inside, at the terminal, or both of the polyolefin and the polyolefin molecule. do.

탄소계 물질과 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 사이에는 π-π 스태킹 상호작용(π-π stacking interactions)이 가능하다.π-π stacking interactions are possible between the carbon-based material and the aromatic hydrocarbon.

상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지 내 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기가 음극 활물질의 표면과의 π-π 스태킹 상호작용을 유도하여, 접착력을 강화할 수 있다.An aromatic hydrocarbon-based pendant functional group in the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin induces a π-π stacking interaction with the surface of the negative electrode active material, thereby enhancing adhesion.

여기서, π-π 스태킹 상호작용은 화학적 결합이 아닌 반데르발스(van der Waals) 인력의 일종에 해당된다. 이에, 이차 전지의 충방전 중 음극 활물질의 수축 및 팽창에 따라, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지 내 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기가 음극 활물질과 결합(bonding) 및 탈결합(debonding)을 반복할 수 있다. Here, the π-π stacking interaction corresponds to a kind of van der Waals attraction, not a chemical bond. Accordingly, according to the contraction and expansion of the negative active material during charging and discharging of the secondary battery, the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group in the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin may repeat bonding and debonding with the negative active material.

그 결과, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 우수한 초기 접착력을 발휘하면서도, 이차 전지의 충방전 과정 중에도 음극 활물질에 대한 결착력을 유지하며, 이차 전지의 장기 구동 시에도 우수한 사이클 특성을 확보할 수 있다.As a result, the binder for the negative electrode of the embodiment maintains the binding strength to the negative electrode active material during the charging and discharging process of the secondary battery while exhibiting excellent initial adhesion, and excellent cycle characteristics can be secured even during long-term driving of the secondary battery. .

이하, 상기 일 구현예의 음극용 바인더를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the binder for the negative electrode of the embodiment will be described in more detail.

산 작용기acid functional group

폴리올레핀의 비극성에 의해 우수한 내전해액 특성을 구현함과 동시에, 무수말레인산 등의 산 작용기를 상기 폴리올레핀의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 도입함으로써 비극성 폴리올레핀을 수성 용매에 분산시킬 수 있다. The non-polar polyolefin can be dispersed in an aqueous solvent by implementing excellent electrolyte resistance properties due to the non-polarity of the polyolefin, and introducing an acid functional group such as maleic anhydride into the molecule of the polyolefin, the terminal, or both.

또한, 상기 산 작용기 도입에 의해 접착력을 향상시키는 효과도 있으나, 상기 산 작용기 단독 도입 시의 접착력은 SBR 등의 기존 바인더에 대비하여 부족한 수준으로, 후술되는 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기를 추가 도입하여 보완할 수 있다. In addition, although there is an effect of improving the adhesion by introducing the acid functional group, the adhesive force when the acid functional group is introduced alone is insufficient compared to the existing binder such as SBR, which can be supplemented by additionally introducing an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group to be described later. can

상기 산 작용기는, 무수말레인산으로부터 유래된 것일 수 있다.The acid functional group may be derived from maleic anhydride.

무수말레인산은 라디칼 공격에 의한 변성 반응성이 우수하며, 개환(ring opening)에 의해 산 모이어티(acid moiety)를 형성할 수 있어, 산변성 반응의 반응성 및 안정성을 제공하는 데 유리하다.Maleic anhydride has excellent denaturation reactivity by radical attack and can form an acid moiety by ring opening, which is advantageous in providing reactivity and stability of acid denaturation reaction.

방향족 탄화수소계 펜던트 작용기Aromatic hydrocarbon-based pendant functional group

앞서 언급한 바와 같이, 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기는, 상기 산 작용기 단독 도입 시의 부족한 접착력을 보완할 수 있다.As mentioned above, the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group may compensate for insufficient adhesion when the acid functional group is introduced alone.

상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기는, 흑연과의 결합 에너지가 40 내지 100 kJ/mol인 단환 방향족 탄화수소(monocyclic aromatic hydrocarbon) 또는 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon)로부터 유래된 것일 수 있다.The aromatic hydrocarbon-based pendant functional group may be derived from a monocyclic aromatic hydrocarbon or a polycyclic aromatic hydrocarbon having a binding energy of 40 to 100 kJ/mol with graphite.

흑연과의 결합 에너지가 상기 범위에 준하는 펜던트 작용기가 상기 폴리올레핀 분자 내부, 구체적으로 측쇄에 직, 간접적으로 그래프트된 작용기로서 존재할 때, 음극 활물질의 표면과의 π-π 스태킹 상호작용을 효과적으로 유도하여 초기 접착력을 강화하며, 이차 전지의 충방전 중에도 결착력을 유지할 수 있다.When a pendant functional group whose binding energy with graphite falls within the above range exists as a functional group grafted directly or indirectly to the inside of the polyolefin molecule, specifically to the side chain, it effectively induces π-π stacking interaction with the surface of the negative electrode active material to effectively induce the initial Adhesion is strengthened, and the binding force can be maintained even during charging and discharging of the secondary battery.

구체적으로, 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기는, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센 및 피렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로부터 유래된 것일 수 있다. 상기 물질들은 각각, 흑연과의 결합 에너지가 48 kJ/mol(벤젠), 73 kJ/mol(나프탈렌) 88 kJ/mol(안트라센) 및 95 kJ/mol(피렌)이다.Specifically, the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group may be derived from at least one selected from the group consisting of benzene, naphthalene, anthracene, and pyrene. The above materials have binding energies with graphite of 48 kJ/mol (benzene), 73 kJ/mol (naphthalene), 88 kJ/mol (anthracene) and 95 kJ/mol (pyrene), respectively.

다만, 흑연과의 결합 에너지가 상기 범위에 준하는 이상, 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기를 특별히 한정하지 않는다.However, as long as the binding energy with graphite falls within the above range, the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group is not particularly limited.

각 작용기의 함량content of each functional group

상기 산 작용기 및 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기의 총량은, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지(100 중량%)의 0.5 내지 15 중량%, 구체적으로 0.5 내지 10 중량%일 수 있다.The total amount of the acid functional group and the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group may be 0.5 to 15 wt%, specifically 0.5 to 10 wt%, of the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin (100 wt%).

또한, 상기 산 작용기 및 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기의 총량을 100 중량% 기준으로 하였을 때, 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기의 함량은 30 내지 90 중량% 일 수 있고, 상기 산 작용기의 함량은 10 내지 70 중량%일 수 있다. In addition, based on 100 wt% of the total amount of the acid functional group and the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group, the content of the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group may be 30 to 90 wt%, and the content of the acid functional group is 10 to 70 wt% % by weight.

이 범위에서, 음극 활물질의 표면과의 π-π 스태킹 상호작용을 보다 효과적으로 유도하여 접착력을 강화하며, 이차 전지의 충방전 중에도 결착력을 유지할 수 있다.In this range, it is possible to more effectively induce a π-π stacking interaction with the surface of the negative electrode active material to strengthen the adhesion, and maintain the binding force even during charging and discharging of the secondary battery.

참고로, 상기 각 작용기의 함량은 NMR 등의 장비를 이용하여 측정할 수 있다. For reference, the content of each functional group may be measured using equipment such as NMR.

폴리올레핀polyolefin

상기 폴리올레핀은, C3 이상, 구체적으로 C3 내지 C20 올레핀의 단독 중합체 (homopolymer) 또는 공중합체(copolymer)로서, 상기 팬던트 작용기가 치환될 수 있는 3차 수소(tertiary hydrogen)를 포함하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.The polyolefin is a homopolymer or copolymer of C3 or higher, specifically C3 to C20 olefin, and the pendant functional group is not particularly limited as long as it contains a tertiary hydrogen that may be substituted. .

구체적으로, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌계 단독 중합체 또는 공중합체일 수 있다. 예컨대, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌 단독 중합체(homopolymer), 프로필렌-에틸렌 공중합체(propylene-ethylene copolymer), 프로필렌-부틸렌 공중합체(propylene-butylene copolymer) 및 에틸렌-프로필렌-부틸렌 삼중합체(ethylene-propylene-butylene terpolymer)를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Specifically, the polyolefin may be a polypropylene-based homopolymer or copolymer. For example, the polyolefin is a polypropylene homopolymer, a propylene-ethylene copolymer, a propylene-butylene copolymer, and an ethylene-propylene-butylene terpolymer (ethylene-propylene). -butylene terpolymer) may be at least one selected from the group consisting of.

산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 구조Structure of Acid and Aromatic Hydrocarbon Modified Resins

상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는, 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 포함하는 구조로 표시될 수 있다:The acid- and aromatic hydrocarbon-modified resin may be represented by a structure including a repeating unit represented by the following Chemical Formula 1, a repeating unit represented by the following Chemical Formula 2, and a repeating unit represented by the following Chemical Formula 3:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[화학식 2] [Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

L1은 직접 결합 또는 NH, 예컨대 NH이고,L 1 is a direct bond or NH, such as NH,

L2은 직접 결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬렌, 예컨대 C1 알킬렌(즉, CH2)이고,L 2 is a direct bond, or substituted or unsubstituted C 1-10 alkylene, such as C 1 alkylene (ie, CH 2 ),

Ar1은 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 또는 피레닐이고,Ar 1 is phenyl, naphthyl, anthracenyl, or pyrenyl,

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

R1은 하기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 치환기이고,R 1 is a substituent represented by the following formula 3-1 or 3-2,

[화학식 3-1] [Formula 3-1]

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 3-2][Formula 3-2]

Figure pat00005
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상기 화학식 3-1 및 3-2에서 각각, 점선은 상기 화학식 3과 연결된다.In Formulas 3-1 and 3-2, a dotted line is connected to Formula 3, respectively.

상기 화학식 1은 산 및 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기가 결합되지 않은 올레핀계 반복 단위에 해당되고, 상기 화학식 2는 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기에 의해 치환된 부위(반복 단위)에 해당되며, 상기 화학식 3은 산 작용기에 의해 치환된 부위(반복 단위)에 해당된다.Formula 1 corresponds to an olefin-based repeating unit to which an acid and an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group are not bonded, Chemical Formula 2 corresponds to a site (repeating unit) substituted by an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group, and Chemical Formula 3 is an acid It corresponds to a site (repeating unit) substituted by a functional group.

구체적으로, 상기 화학식 3-1 및 상기 화학식 3-2은 각각, 개환되지 않은 무수말레인산 및 개환된 무수말레인산으로부터 유래된 구조이며, 상기 폴리올레핀 내의 3차 수소를 치환한 것이다.Specifically, Chemical Formulas 3-1 and 3-2 are structures derived from unringed maleic anhydride and ring-opened maleic anhydride, respectively, and are substituted with tertiary hydrogens in the polyolefin.

또한, 상기 화학식 2는 개환된 무수말레인산의 OH를 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기가 치환한 것이다. 이는, 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기는 산 작용기(구체적으로, 개환된 무수말레인산)를 매개로 상기 폴리올레핀의 3차 수소를 치환한 것으로 볼 수 있다.In addition, in Formula 2, OH of ring-opened maleic anhydride is substituted with an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group. This can be considered that the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group is substituted for the tertiary hydrogen of the polyolefin through an acid functional group (specifically, ring-opened maleic anhydride).

또한, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는, 하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 중 하나 이상을 더 포함하는 구조로 표시될 수 있다:In addition, the acid- and aromatic hydrocarbon-modified resin may be represented by a structure further comprising at least one of a repeating unit represented by the following Chemical Formula 4 and a repeating unit represented by the following Chemical Formula 5:

[화학식 4] [Formula 4]

Figure pat00006
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[화학식 5] [Formula 5]

Figure pat00007
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상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위는 에틸렌계 반복 단위에 해당되고, 상기 화학식 5로 표시되는 반복 단위는 부틸렌계 반복 단위에 해당된다.The repeating unit represented by Chemical Formula 4 corresponds to an ethylene-based repeating unit, and the repeating unit represented by Chemical Formula 5 corresponds to a butylene-based repeating unit.

상기 폴리올레핀이 폴리프로필렌 단독 중합체인 경우, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위로만 이루어질 수 있다.When the polyolefin is a polypropylene homopolymer, the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin may include only the repeating unit represented by Formula 1, the repeating unit represented by Formula 2, and the repeating unit represented by Formula 3 above.

이와 달리, 상기 폴리올레핀이 프로필렌-에틸렌 공중합체, 프로필렌-부틸렌 공중합체, 또는 에틸렌-프로필렌-부틸렌 삼중합체인 경우, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위에 더해, 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.On the other hand, when the polyolefin is a propylene-ethylene copolymer, a propylene-butylene copolymer, or an ethylene-propylene-butylene terpolymer, the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin is a repeating unit represented by Formula 1, Formula 2 In addition to the repeating unit represented by and the repeating unit represented by Chemical Formula 3, it may further include one or more of the repeating unit represented by Chemical Formula 4 and the repeating unit represented by Chemical Formula 5 below.

예컨대, 상기 폴리올레핀이 프로필렌-에틸렌 공중합체일 수 있고, 이때 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위, 상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위 및 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위를 포함할 수 있다.For example, the polyolefin may be a propylene-ethylene copolymer, wherein the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin include a repeating unit represented by Formula 1, a repeating unit represented by Formula 2, a repeating unit represented by Formula 3, and the It may include a repeating unit represented by the formula (4).

수성 용매aqueous solvent

상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 수성 용매 즉 물이 첨가되어 조성물을 형성할 수도 있다.In the binder for the negative electrode of the embodiment, an aqueous solvent, that is, water may be added to form a composition.

상기 수성 용매는, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 안정성 및 점도 조절 측면에서, 상기 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지 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 30%로 조절되도록 사용될 수 있다. The aqueous solvent is, in terms of stability and viscosity control of the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin, 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 acid and aromatic hydrocarbon-modified resin can be used as wealth. 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 30%.

상기 수성 용매가 지나치게 적게 사용되는 경우, 상기 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 용매가 지나치게 많이 사용되는 경우, 점도가 저하되어, 음극 제조 시 코팅성을 비롯한 공정 특성이 저하되고, 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 acid and aromatic hydrocarbon-modified resin is lowered, and when the solvent is used too much, the viscosity is lowered, and the process including coating properties when manufacturing the negative electrode Characteristics may be deteriorated, and thus the overall performance of the battery may be deteriorated.

이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법Method for manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 폴리올레핀계 수지를 산(acid)과 반응시켜, 산 변성 수지를 제조하는 단계; 및 상기 산 변성 수지를 방향족 화합물과 반응시켜, 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계를 포함하는, 이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, by reacting a polyolefin-based resin with an acid (acid) to prepare an acid-modified resin; and reacting the acid-modified resin with an aromatic compound to prepare an acid and aromatic hydrocarbon-modified resin.

이는, 폴리올레핀계 수지를 산 및 방향족 화합물과 순차적으로 반응시켜, 전술한 일 구현예의 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 포함하는 음극용 바인더를 제조하는 방법에 해당된다.This corresponds to a method of preparing a binder for a negative electrode including the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin of the above-described embodiment by sequentially reacting a polyolefin-based resin with an acid and an aromatic compound.

이하, 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하고, 상기 일 구현예의 제조 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a description overlapping with the above will be omitted, and the manufacturing method of the embodiment will be described in detail.

산 변성 단계acid denaturation stage

상기 산 변성 수지를 제조하는 단계에서, 상기 폴리올레핀계 수지의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 위치하는 수소가, 상기 산에 의해 치환될 수 있다.In the step of preparing the acid-modified resin, hydrogen located inside, at the terminal, or both of the molecules of the polyolefin-based resin may be substituted with the acid.

이에 따라, 폴리올레핀 및 상기 폴리올레핀의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 위치하는 산(acid) 작용기를 포함하는, 산 변성 수지를 수득할 수 있다.Accordingly, it is possible to obtain an acid-modified resin comprising a polyolefin and an acid functional group located inside, at a terminal, or both of the polyolefin molecule.

구체적으로, 상기 산 변성 수지를 제조하는 단계에서, 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부 기준으로, 1 내지 30 중량부, 구체적으로 1 내지 20 중량부의 산을 반응시킬 수 있다.Specifically, in the step of preparing the acid-modified resin, 1 to 30 parts by weight, specifically 1 to 20 parts by weight of an acid may be reacted based on 100 parts by weight of the polyolefin-based resin.

이와 같은 범위에서, 전술한 산가를 만족하는 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 최종 수득할 수 있다.In this range, it is possible to finally obtain an acid and aromatic hydrocarbon-modified resin satisfying the above-mentioned acid value.

상기 산 변성 수지를 제조하는 단계는, 톨루엔, 자일렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 용매 존재 하에 수행될 수 있다.The preparing of the acid-modified resin may be performed in the presence of one or more solvents selected from the group consisting of toluene and xylene.

예컨대, 톨루엔 용매 하에 수행될 수 있다.For example, it may be carried out under a toluene solvent.

또한, 상기 산 변성 수지를 제조하는 단계는, 디큐밀퍼옥사이드, 디-tert-부틸퍼옥사이드, tert-부틸히드로퍼옥사이드, tert-부틸큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 디라우릴퍼옥사이드, 및 쿠멘하이드로퍼옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 라디칼 중합개시제 존재 하에 수행될 수 있다. In addition, in the step of preparing the acid-modified resin, dicumyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, tert-butylcumyl peroxide, benzoyl peroxide, dilauryl peroxide, and cumene hydride It may be carried out in the presence of one or more radical polymerization initiators selected from the group consisting of roperoxide.

예컨대, 디큐밀퍼옥사이드 존재 하에 수행될 수 있다.For example, it may be carried out in the presence of dicumyl peroxide.

또한, 상기 산 변성 수지를 제조하는 단계에서, 상기 산은 무수말레인산일 수 있다. In addition, in the step of preparing the acid-modified resin, the acid may be maleic anhydride.

상기 무수말레인산은 상기 라디칼 중합개시제의 라디칼 공격에 의한 변성 반응성이 우수하며, 개환(ring opening)에 의해 산 모이어티(acid moiety)를 형성할 수 있어, 산변성 반응의 반응성 및 안정성을 제공하는 데 유리하다.The maleic anhydride has excellent denaturation reactivity by radical attack of the radical polymerization initiator, and can form an acid moiety by ring opening, thereby providing reactivity and stability of the acid denaturation reaction. It is advantageous.

또한, 상기 산 변성 수지를 제조하는 단계는, 90 내지 130 ℃, 구체적으로 100 내지 120 ℃의 온도 범위에서; 4 내지 8 시간, 구체적으로 5 내지 7 시간 동안 수행될 수 있다. In addition, the step of preparing the acid-modified resin, 90 to 130 ℃, specifically in a temperature range of 100 to 120 ℃; It may be carried out for 4 to 8 hours, specifically 5 to 7 hours.

이러한 온도 범위 및 시간 범위 내에서, 상기 폴리올레핀계 수지의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 위치하는 수소가, 상기 산에 의해 효과적으로 치환될 수 있다.Within this temperature range and time range, hydrogen located inside, at the terminal, or both of the molecules of the polyolefin-based resin may be effectively substituted with the acid.

방향족 탄화수소 변성 공정Aromatic hydrocarbon modification process

상기 산 변성 수지를 제조하는 단계 이후에는, 방향족 화합물을 반응시킴으로써, 상기 산 변성 수지 분자 내부에 위치하는 3차 수소를 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon)계 펜던트(pendant) 작용기로 치환할 수 있다.After the step of preparing the acid-modified resin, by reacting an aromatic compound, the tertiary hydrogen located inside the molecule of the acid-modified resin may be substituted with an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group.

이에 따라, 폴리올레핀, 및 상기 폴리올레핀의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 위치하는 산(acid) 작용기 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon)계 펜던트(pendant) 작용기를 포함하는, 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 수득할 수 있다. Accordingly, polyolefin and an acid and aromatic hydrocarbon-modified resin comprising an acid functional group and an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group located inside, at the terminal, or both of the polyolefin molecule are obtained. can do.

상기 산 변성 수지 100 중량부 기준으로, 1 내지 30 중량부, 구체적으로 1 내지 20 중량부의 방향족 화합물을 반응시킬 수 있다.Based on 100 parts by weight of the acid-modified resin, 1 to 30 parts by weight, specifically 1 to 20 parts by weight of the aromatic compound may be reacted.

이와 같은 범위에서, 전술한 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기의 함량을 만족하는 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 최종 수득할 수 있다.In this range, it is possible to finally obtain an acid and aromatic hydrocarbon-modified resin satisfying the content of the aforementioned aromatic hydrocarbon-based pendant functional groups.

상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계는, 톨루엔 용매 하에 수행될 수 있다.The step of preparing the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin may be performed in a toluene solvent.

또한, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계에서, 상기 방향족 화합물은 흑연과의 결합 에너지가 40 내지 100 kJ/mol인 단환 방향족 탄화수소(monocyclic aromatic hydrocarbon) 또는 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon)일 수 있다.In addition, in the step of preparing the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin, the aromatic compound is a monocyclic aromatic hydrocarbon or polycyclic aromatic hydrocarbon having a binding energy with graphite of 40 to 100 kJ/mol can

예컨대, 벤질 아민(Benzyl amine), 나프틸 메틸아민(Naphthyl methylamine), 안트라센 메틸아민(Anthracene methylamine), 피렌 메틸 아민(Pyrene methylamine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.For example, it may be at least one selected from the group consisting of benzyl amine, naphthyl methylamine, anthracene methylamine, and pyrene methylamine.

또한, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계는, 90 내지 130 ℃, 구체적으로 100 내지 120 ℃의 온도 범위에서; 1 내지 5 시간, 구체적으로 2 내지 4 시간 동안 수행될 수 있다.In addition, the step of preparing the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin, 90 to 130 ℃, specifically in a temperature range of 100 to 120 ℃; It may be carried out for 1 to 5 hours, specifically 2 to 4 hours.

이러한 온도 범위 및 시간 범위 내에서, 상기 산 변성 수지의 분자 내부에 위치하는 3차 수소가, 상기 방향족 탄화수소에 의해 효과적으로 치환될 수 있다.Within this temperature range and time range, tertiary hydrogen positioned inside the molecule of the acid-modified resin may be effectively substituted with the aromatic hydrocarbon.

수분산액 제조 단계Steps for preparing aqueous dispersions

상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계 이후에, 증류법(evaporation method)을 이용하여, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 포함하는 수분산액를 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.After the step of preparing the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin, using an evaporation method, preparing an aqueous dispersion comprising the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin; may further include.

다시 말해, 이 단계를 더 포함함으로써, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지와 함께 수성 용매를 포함하는 조성물(이하, 경우에 따라서는 '수분산액' 혹은 '수성 분산체'로 지칭할 수 있음)을 수득할 수 있다. In other words, by further including this step, a composition comprising an aqueous solvent together with the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin (hereinafter, in some cases may be referred to as 'water dispersion' or 'aqueous dispersion') is obtained can do.

이와 같이 수득된 수분산액은 수계 음극을 구현하는 데 사용될 수 있다. 여기서 수계 음극은, 비수계 용매를 포함하지 않고, 수계 용매를 포함하는 음극 합제 슬러리 조성물을 사용하여 제조된 음극을 의미한다.The aqueous dispersion thus obtained can be used to implement an aqueous negative electrode. Here, the aqueous negative electrode does not include a non-aqueous solvent, but refers to a negative electrode manufactured using a negative electrode mixture slurry composition containing an aqueous solvent.

이와 같은 수계 음극은, 비수계 용매를 포함하는 음극 합제 슬러리 조성물을 사용하여 제조된 음극(비수계 음극)에 대비하여, 음극 제조 공정에서의 유해 물질의 발생 염려가 없어, 친환경적이다.Such an aqueous negative electrode is environmentally friendly because there is no concern about the generation of harmful substances in the negative electrode manufacturing process, compared to a negative electrode (non-aqueous negative electrode) manufactured using a negative electrode mixture slurry composition containing a non-aqueous solvent.

상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 포함하는 수분산액를 제조하는 단계는, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 끓는점 100 ℃ 이하의 저비점 용매와 혼합한 뒤 승온시켜, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지가 용해된 용액을 제조하는 단계; 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지가 용해된 용액에, 염기성 용액을 적하하는 단계; 및 상기 염기성 용액을 적하한 뒤, 증류수를 적하함과 동시에 상기 저비점 용매를 증류시키면서, 상기 산 및 방향족 변성 수지를 수분산시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.In the step of preparing an aqueous dispersion containing the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin, the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin are mixed with a low-boiling solvent having a boiling point of 100° C. or less and then heated to a solution in which the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin are dissolved manufacturing a; Dropping a basic solution to the solution in which the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin are dissolved; And after the basic solution is added dropwise, distilled water is added dropwise and the low boiling point solvent is added at the same time. While distilling, the step of dispersing the acid and the aromatic-modified resin in water; may further include.

상기 저비점 용매는 최종 분산 용매인 물의 끓는점(100 ℃) 이하, 구체적으로 90 ℃ 이하, 80 ℃ 이하, 또는 70 ℃이하의 용매로서, 그 하한은 특별히 한정되지 않지만, 10 ℃ 이상, 20 ℃ 이상, 30 ℃ 이상, 또는 40 ℃ 이상일 수 있다.The low boiling point solvent is a solvent below the boiling point (100 °C) of water, which is the final dispersion solvent, specifically 90 °C or lower, 80 °C or lower, or 70 °C or lower, and the lower limit is not particularly limited, but 10 °C or higher, 20 °C or higher, 30°C or higher, or 40°C or higher.

상기 저비점 용매로는 아세톤(끓는점: 56.5 ℃), 테트라하이드로퓨란(THF, 끓는점: 66 ℃), 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있고, 예컨대 테트라하이드로퓨란일 수 있다. As the low boiling point solvent, acetone (boiling point: 56.5 °C), tetrahydrofuran (THF, boiling point: 66 °C), or a mixture thereof may be used, for example, tetrahydrofuran.

상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지가 용해된 용액을 제조하는 단계에서, 50 내지 90 ℃, 구체적으로 60 내지 80 ℃의 온도 범위에 도달할 때까지 승온시켜, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 상기 테트라하이드로퓨란에 완전히 용해시킬 수 있다.In the step of preparing a solution in which the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin are dissolved, the temperature is raised until it reaches a temperature range of 50 to 90 ℃, specifically 60 to 80 ℃, to obtain the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin with the tetrahydro It can be completely dissolved in furan.

이후, 상기 염기성 용액을 적하하는 단계;에서, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지가 용해된 용액 내 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지 100 중량부를 기준으로, 염기성 물질 0.1 내지 10 중량부, 구체적으로 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 염기성 용액을 적하할 수 있다.Then, in the step of dropping the basic solution; in the solution, based on 100 parts by weight of the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin in the solution in which the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin are dissolved, 0.1 to 10 parts by weight of the basic material, specifically 0.5 to 5 parts by weight The basic solution containing part can be dripped.

여기서, 염기성 물질은 N,N-디메틸에탄올아민이며, 상기 염기성 용액은 N,N-디메틸에탄올아민을 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해시킨 용액일 수 있다.Here, the basic material is N,N-dimethylethanolamine, and the basic solution may be a solution obtained by dissolving N,N-dimethylethanolamine in tetrahydrofuran (THF).

상기 염기성 용액을 적하함으로써, 산 치환체를 수용성 아민 치환체 형태로 전환시키면서 물에 대한 용해도를 증가시켜, 안정적인 수분산 용액을 제조할 수 있다. By dropping the basic solution, the solubility in water is increased while converting the acid substituent into the water-soluble amine substituent form, thereby preparing a stable aqueous dispersion solution.

상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 수분산시키는 단계 이후에, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 수분산액을 상온으로 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 수분산액을 필터링하는 단계;를 더 포함할 수 있다.After dispersing the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin in water, cooling the aqueous dispersion of the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin to room temperature; and filtering the aqueous dispersion of the cooled acid and aromatic hydrocarbon-modified resin.

이러한 단계들을 더 포함함으로써, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 수분산액에 잔존하는 미반응물을 제거할 수 있다.By further including these steps, it is possible to remove unreacted substances remaining in the aqueous dispersion of the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin.

음극cathode

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상에 위치하고, 전술한 일 구현예의 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 음극 합제 층;을 포함하는 음극을 제공한다.In another embodiment of the present invention, a negative electrode current collector; and a negative electrode mixture layer positioned on the negative electrode current collector and including the binder and the negative electrode active material of the above-described embodiment.

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 negative electrode binder of the embodiment, the negative electrode active material used for the negative electrode mixture and the negative electrode, the negative electrode current collector, etc. may each include generally known components.

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 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.

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.

이차 전지secondary battery

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 일 구현예의 음극을 포함하는 이차 전지가 제공된다. 이러한 이차 전지는, 양극; 전해질; 및 음극을 포함하는 형태일 수 있고, 리튬 이차 전지로 구현될 수 있다.In another embodiment of the present invention, a secondary battery including the negative electrode of the embodiment described above is provided. Such a secondary battery, a positive electrode; electrolyte; and a negative electrode, and 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 음극은 전술한 바와 같고, 나머지 구성 요소를 이하에서 설명한다.The negative electrode is the same as described above, and the remaining components will be described below.

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 양극에는, 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.A generally known binder may be used for the positive electrode. 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, and the like 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.

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 may 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 바인더 조성물의 제조(1) Preparation of binder composition for negative electrode

1) 산 변성 폴리올레핀 수지의 제조1) Preparation of acid-modified polyolefin resin

폴리올레핀계 수지 (폴리(프로필렌-에틸렌) 공중합체, 연화점 50℃, 중량평균분자량 160,000 g/mol) 300g, 무수말레인산 30g 및 톨루엔 450g을 110℃, 질소 분위기 하에서 균일하게 교반하면서 완전히 용해시켰다. 300 g of a polyolefin-based resin (poly(propylene-ethylene) copolymer, softening point 50° C., weight average molecular weight 160,000 g/mol), 30 g maleic anhydride and 450 g toluene were completely dissolved while uniformly stirring at 110° C. under a nitrogen atmosphere.

플라스크 내 온도를 110℃로 유지하면서, 라디칼 중합개시제인 디큐밀퍼옥사이드 6g을 1시간 동안 서서히 투입하였다. 이후, 라디칼 중합 반응이 완전히 진행될 수 있도록 5시간 이상 추가로 반응시켰다. While maintaining the temperature in the flask at 110° C., 6 g of dicumyl peroxide as a radical polymerization initiator was slowly added for 1 hour. Thereafter, the reaction was further carried out for 5 hours or more so that the radical polymerization reaction could proceed completely.

반응 종료 후 상온까지 냉각시킨 다음, 생성물을 다량의 아세톤에 투입하여 산 변성 폴리올레핀 수지를 석출시켰다. 이렇게 얻어진 산 변성 수지를 3회에 걸쳐 아세톤으로 수세하여 미반응물을 완전히 제거하였다. 이후, 60℃에서 감압 건조하였다. After completion of the reaction, the reaction product was cooled to room temperature, and the product was poured into a large amount of acetone to precipitate an acid-modified polyolefin resin. The acid-modified resin thus obtained was washed with acetone three times to completely remove unreacted substances. Then, it was dried under reduced pressure at 60°C.

2) 산(acid) 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 폴리올레핀 수지의 제조2) Preparation of acid and aromatic hydrocarbon-modified polyolefin resin

상기 산 변성 폴리올레핀 수지 200g에 톨루엔 400g을 투입하고 110℃로 승온하여 완전 용해시켰다. 나프틸 메틸아민(Naphthyl methylamine) 10g을 톨루엔 40g에 용해시킨 용액을 첨가하고 110℃ 에서 3시간 동안 반응시켰다. 400 g of toluene was added to 200 g of the acid-modified polyolefin resin, and the temperature was raised to 110° C. to completely dissolve it. A solution of 10 g of naphthyl methylamine dissolved in 40 g of toluene was added and reacted at 110° C. for 3 hours.

반응 종료 후 상온까지 냉각시킨 다음, 생성물을 다량의 아세톤에 투입하여 산(acid) 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 폴리올레핀 수지를 석출시켰다. 이렇게 얻어진 산(acid) 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 폴리올레핀 수지를 3회에 걸쳐 아세톤으로 수세하여 미반응물을 완전히 제거하였다. 이후, 60℃에서 감압 건조하였다.After completion of the reaction, after cooling to room temperature, the product was poured into a large amount of acetone to precipitate an acid and aromatic hydrocarbon-modified polyolefin resin. The thus obtained acid and aromatic hydrocarbon-modified polyolefin resin was washed with acetone three times to completely remove unreacted substances. Then, it was dried under reduced pressure at 60°C.

3) 폴리올레핀 수지의 수분산액 제조 (음극 바인더 조성물 제조)3) Preparation of aqueous dispersion of polyolefin resin (production of negative electrode binder composition)

환류 냉각기와 딘-스타크(Dean-Stark) 장치가 설치된 반응기에 상기 산(acid) 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 폴리올레핀 수지 150g에 THF 100g을 투입하고 70℃로 승온하여 완전히 용해시켰다. 염기성 화합물로 N,N-디메틸에탄올아민 4.5g을 THF 30g에 용해시킨 용액을 1시간 동안 적하하였다. 이어서 증류수 600g을 1시간 동안 적하하는 동시에 THF를 딘-스타크 트랩(Dean-Stark)을 통해 천천히 증류시키면서 수분산시켰다. 상온까지 냉각시킨 다음, 300mesh로 필터링하여 고형분 20 %의 최종 폴리올레핀계 수지 수성 분산체를 제조하였다.In a reactor equipped with a reflux condenser and a Dean-Stark device, 100 g of THF was added to 150 g of the acid and aromatic hydrocarbon-modified polyolefin resin, and the temperature was raised to 70° C. to completely dissolve it. A solution of 4.5 g of N,N-dimethylethanolamine dissolved in 30 g of THF as a basic compound was added dropwise over 1 hour. Then, 600 g of distilled water was added dropwise for 1 hour, while THF was slowly distilled through a Dean-Stark trap and dispersed in water. After cooling to room temperature, it was filtered through 300 mesh to prepare a final aqueous dispersion of polyolefin-based resin having a solid content of 20%.

(2) 음극의 제조(2) Preparation of negative electrode

물을 분산매로 하여, 전체 고형분 100 g 중량 기준으로 인조 흑연 95g, 아세틸렌 블랙 1.5 g, 증점제로 카르복시 메틸 셀룰로오스 100 g(고형분 1.0 중량%), 및 상기 실시예 1의 음극 바인더 조성물 12.5 g (고형분 20 중량%)을 혼합하고, 1시간 교반하여 전체 고형분 45 중량%인 음극 합제 슬러리 조성물을 제조하였다.Using water as a dispersion medium, 95 g of artificial graphite, 1.5 g of acetylene black, 100 g of carboxymethyl cellulose as a thickener (solids content of 1.0% by weight), and 12.5 g of the negative electrode binder composition of Example 1 (solids content of 20) based on 100 g of total solid content % by weight) and stirred for 1 hour to prepare a negative electrode mixture slurry composition having a total solid content of 45% by weight.

10 ㎛ 두께의 구리 호일을 준비하여 이를 음극 집전체로 하고, 콤마코터(comma coater)를 이용하여, 상기 음극 합제 슬러리 조성물을 상기 음극 집전체의 일면 상에 8.0 mg/cm2의 로딩(loading)량으로 양면에 도포한 뒤, 80 ℃의 오븐에서 10 분간 열풍 건조한 뒤, 총 두께가 190 ㎛이 되도록 압연하였다. 이에 따라, 실시예 1의 음극을 수득하였다.Prepare a copper foil with a thickness of 10 μm, use it as a negative electrode current collector, and use a comma coater to apply the negative electrode mixture slurry composition onto one surface of the negative electrode current collector at 8.0 mg/cm 2 Loading (loading) After coating on both sides in an amount, hot air dried in an oven at 80° C. for 10 minutes, and then rolled to a total thickness of 190 μm. Thus, the negative electrode of Example 1 was obtained.

(3) 리튬 이온 전지의 제조(3) Preparation of Lithium Ion Battery

양극 활물질로 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 90 g, 아세틸렌 블랙 5.0 g, 및 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 50 g(고형분 10 중량%)를 사용하고, 이들을 용제인 NMP 내에서 1시간 교반하여 전체 고형분 70 중량%가 되도록 양극 합제 슬러리 조성물을 제조하였다.LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 90 g, acetylene black 5.0 g, and polyvinylidene fluoride (PVDF) 50 g (solid content 10% by weight) as a binder were used as a positive active material, and these were used in NMP as a solvent for 1 hour. A positive electrode mixture slurry composition was prepared by stirring so that the total solid content was 70% by weight.

20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일을 준비하여 이를 양극 집전체로 하고, 콤마코터(comma coater)를 이용하여, 상기 양극 합제 슬러리 조성물을 상기 양극 집전체의 일면 상에 15.6 mg/cm2의 로딩(loading)량으로 양면에 도포한 뒤, 80 ℃ 오븐에서 10 분간 열풍 건조한 뒤, 총 두께가 190 ㎛이 되도록 압연하였다. 이에 따라, 실시예 1의 양극을 수득하였다.Prepare an aluminum foil with a thickness of 20 μm and use it as a positive electrode current collector, and using a comma coater, apply the positive electrode mixture slurry composition to one surface of the positive electrode current collector at 15.6 mg/cm 2 Loading (loading) After coating on both sides in an amount, hot air dried in an oven at 80 ° C. for 10 minutes, and then rolled to a total thickness of 190 μm. Thus, the positive electrode of Example 1 was obtained.

전해액으로는, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(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 중량에 대해 10 중량%의 첨가제 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylenecarbonate, FEC)를 첨가시킨 것을 사용하였다.As the electrolyte, in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (weight ratio of EC:PC:DEC=3:2:5) LiPF6 was dissolved so as to have a concentration of 1.3M, and an additive fluoroethylenecarbonate (FEC) of 10% by weight based on the total weight of the electrolyte was added.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 바인더 조성물을 제조하되, 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 단계에서 실시예 1의 나프틸 메틸아민(Naphthyl methylamine) 10g 대신 6.4g을 사용하였고, 방향족 변성 폴리올레핀 수지의 수분산액 제조 단계에서 실시예 1의 염기성 화합물인 N,N-디메틸에탄올아민 4.5g 대신 5.9g을 사용하였다. 음극 제조 및 리튬 이온 전지 제조는 실시예 1과 동일한 공정으로 실시하였다.A negative electrode binder composition was prepared in the same manner as in Example 1, but in the aromatic hydrocarbon modification step, 6.4 g of naphthyl methylamine of Example 1 was used instead of 10 g, and the number of aromatic modified polyolefin resins In the dispersion preparation step, 5.9 g was used instead of 4.5 g of N,N-dimethylethanolamine, which is the basic compound of Example 1. Preparation of the negative electrode and the lithium ion battery were carried out in the same manner as in Example 1.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 바인더 조성물을 제조하되, 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 단계에서 실시예 1의 나프틸 메틸아민(Naphthyl methylamine) 10g 대신 16g을 사용하였고, 방향족 변성 폴리올레핀 수지의 수분산액 제조 단계에서 실시예 1의 염기성 화합물인 N,N-디메틸에탄올아민 4.5g 대신 1.8g을 사용하였다. 음극 제조 및 리튬 이온 전지 제조는 실시예 1과 동일한 공정으로 실시하였다.A negative electrode binder composition was prepared in the same manner as in Example 1, but in the aromatic hydrocarbon modification step, 16 g of naphthyl methylamine of Example 1 was used instead of 10 g, and an aqueous dispersion of an aromatic modified polyolefin resin. In the preparation step, 1.8 g of N,N-dimethylethanolamine, which is the basic compound of Example 1, was used instead of 4.5 g. Preparation of the negative electrode and the lithium ion battery were carried out in the same manner as in Example 1.

실시예 4Example 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 바인더 조성물을 제조하되, 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 단계에서 실시예 1의 나프틸 메틸아민(Naphthyl methylamine) 10g 대신 벤질 아민(Benzyl amine) 7g을 사용하였다. 음극 제조 및 리튬 이온 전지 제조는 실시예 1과 동일한 공정으로 실시하였다.A negative electrode binder composition was prepared in the same manner as in Example 1, but 7 g of benzyl amine was used instead of 10 g of naphthyl methylamine of Example 1 in the aromatic hydrocarbon modification step. Preparation of the negative electrode and the lithium ion battery were carried out in the same manner as in Example 1.

실시예 5Example 5

상기 실시예 4와 동일한 방법으로 음극 바인더 조성물을 제조하되, 산 변성 단계에서 무수말레인산 30g 대신 24g을 사용하였고, 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 단계에서 실시예 4의 벤질 아민(Benzyl amine) 7g 대신 4g을 사용하였으며, 방향족 변성 폴리올레핀 수지의 수분산액 제조 단계에서 실시예 4의 염기성 화합물인 N,N-디메틸에탄올아민 4.5g 대신 2.7g을 사용하였다. 음극 제조 및 리튬 이온 전지 제조는 실시예 1과 동일한 공정으로 실시하였다.A negative electrode binder composition was prepared in the same manner as in Example 4, except that 24 g of maleic anhydride was used instead of 30 g of maleic anhydride in the acid modification step, and 4 g of benzyl amine of Example 4 in the step of modifying an aromatic hydrocarbon instead of 7 g was used, and in the step of preparing an aqueous dispersion of the aromatic modified polyolefin resin, 2.7 g of N,N-dimethylethanolamine, which is the basic compound of Example 4, was used instead of 4.5 g. Preparation of the negative electrode and the lithium ion battery were carried out in the same manner as in Example 1.

실시예 6Example 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 바인더 조성물을 제조하되, 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 단계에서 실시예 1의 나프틸 메틸아민(Naphthyl methylamine)10g 대신 피렌 메틸 아민(Pyrene methylamine) 18g을 사용하였다. 음극 제조 및 리튬 이온 전지 제조는 실시예 1과 동일한 공정으로 실시하였다.A negative electrode binder composition was prepared in the same manner as in Example 1, but 18 g of pyrene methylamine was used instead of 10 g of naphthyl methylamine of Example 1 in the aromatic hydrocarbon modification step. Preparation of the negative electrode and the lithium ion battery were carried out in the same manner as in Example 1.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 산 변성 폴리올레핀 수지를 제조한 후, 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon) 변성 없이, 바로 수분산액 (음극 바인더 조성물)을 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 수분산액을 제조하되 염기성 화합물인 N,N-디메틸에탄올아민 4.5g 대신 9g을 사용하였다. 음극 제조 및 리튬 이온 전지 제조는 실시예 1과 동일한 공정으로 실시하였다.After preparing an acid-modified polyolefin resin in the same manner as in Example 1, an aqueous dispersion (cathode binder composition) was prepared without modification of aromatic hydrocarbons. An aqueous dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, but 9 g was used instead of 4.5 g of N,N-dimethylethanolamine, which is a basic compound. Preparation of the negative electrode and the lithium ion battery were carried out in the same manner as in Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1의 음극 바인더 조성물 대신, 물에 분산된 SBR 라텍스 6.25 g (고형분 40%, 스티렌 : 부타디엔= 60 : 40 중량%)을 사용하여, 실시예 1과 동일한 공정으로 음극 및 리튬 이온 전지를 제조하였다.Instead of the negative electrode binder composition of Example 1, using 6.25 g of SBR latex dispersed in water (solid content 40%, styrene:butadiene = 60:40% by weight), the negative electrode and the lithium ion battery were prepared in the same manner as in Example 1 prepared.

실험예: 음극 및 이차 전지의 평가Experimental example: evaluation of negative electrode and secondary battery

상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2에 대해, 각각 다음과 같은 조건으로 음극 및 리튬 이차 전지를 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 기록하였다.For Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2, the negative electrode and the lithium secondary battery were evaluated under the following conditions, respectively, and the results are recorded in Table 1 below.

(1) 음극 접착력(1) Cathodic Adhesion

25℃의 항온 챔버 내에서, 상기 각 음극의 음극 합제층을 유리 기판에 접착시키고, 5 mm/min의 박리 속도 및 180˚의 박리 각도로 상기 음극을 당길 때, 상기 유리 기판으로부터 상기 음극의 음극 합제층이 박리되는 힘을 측정하였다In a constant temperature chamber at 25° C., when the negative electrode mixture layer of each negative electrode is adhered to a glass substrate, and the negative electrode is pulled at a peeling rate of 5 mm/min and a peeling angle of 180°, the negative electrode of the negative electrode from the glass substrate The force at which the mixture layer was peeled was measured

(2) 음극 두께 변화율(2) Cathode thickness change rate

상기 제조된 각 음극을 전해액에 24시간 담지하고, 상기 전해액 담지 전후의 음극 두께를 각각 두께 측정기로 측정하여, 하기 [식 1]에 따라 음극 두께 변화율을 평가하였다. 여기서 전해액으로는, 각 리튬 이온 전지의 제조 시 사용된 것과 동일한 조성의 전해액을 사용하였다Each of the prepared negative electrodes was supported in an electrolyte for 24 hours, and the thickness of the negative electrode before and after loading the electrolyte was measured with a thickness meter, respectively, and the negative electrode thickness change rate was evaluated according to the following [Equation 1]. Here, as the electrolyte, an electrolyte having the same composition as that used for manufacturing each lithium ion battery was used.

[식 1] 음극 두께 변화율(%) = 100ⅹ[전해액 담지 전후 두께 차] /[전해액 담지 전 두께][Equation 1] Anode thickness change rate (%) = 100x [Thickness difference before and after electrolyte loading] /[Thickness before electrolyte loading]

(3) 전지의 1000 Cycle 후 용량 유지율(3) Capacity retention rate after 1000 cycles of battery

25℃의 항온 챔버 내에서, 상기 각 리튬 이온 전지를 36 A로 4.15 V에 이르기까지 CC/CV 모드(mode)로 충전한 뒤 3.0 V에 이르기까지 CC 모드로 방전하는 것을 1회의 Cycle로 하되, 상기 충전 및 방전 사이에 20 분간 휴지기를 두며, 총 1000 회의 Cycle을 진행하였다. 하기 [식 2]에 따라 첫번째 Cycle 에서 측정된 방전 용량 대비, 1000 번째 Cycle 에서 측정된 방전 용량의 비율을 계산하였다In a constant temperature chamber at 25° C., charging each lithium ion battery at 36 A to 4.15 V in CC/CV mode (mode) and then discharging in CC mode to 3.0 V as one cycle, A rest period of 20 minutes was placed between the charging and discharging, and a total of 1000 cycles were performed. The ratio of the discharge capacity measured in the 1000th cycle to the discharge capacity measured in the first cycle was calculated according to the following [Equation 2]

[식 2] 용량 유지율(%) = 100ⅹ[1000 Cycle 후의 방전 용량] / [1Cycle 후의 방전 용량] [Equation 2] Capacity retention rate (%) = 100×[discharge capacity after 1000 cycles] / [discharge capacity after 1 cycle]

음극 접착력
(gf/cm)
cathodic adhesion
(gf/cm)
음극 두께 변화율
(%)
Cathode thickness change rate
(%)
1000 사이클 후 이차 전지의 용량 유지율 (%)Capacity retention rate of secondary battery after 1000 cycles (%)
실시예 1Example 1 4040 0.10.1 9191 실시예 2Example 2 3737 0.10.1 9090 실시예 3Example 3 3838 0.10.1 8888 실시예 4Example 4 3636 0.10.1 8989 실시예 5Example 5 3535 0.10.1 8484 실시예 6Example 6 3939 0.10.1 9090 비교예 1Comparative Example 1 3030 0.10.1 8585 비교예 2Comparative Example 2 3535 1.51.5 8686

상기 표 1에서, 비교예 1 및 2에 대비하여, 실시예 1 내지 6의 음극 접착력, 두께 변화율 및 1000 사이클 후 이차 전지의 용량 유지율이 두루 우수하게 나타남을 알 수 있다.From Table 1, it can be seen that, compared to Comparative Examples 1 and 2, the negative electrode adhesion strength, thickness change rate, and capacity retention rate of the secondary battery of Examples 1 to 6 after 1000 cycles were excellently exhibited.

구체적으로, 당업계에 일반적으로 알려진 SBR(비교예 2)의 경우, 초기 접착력은 비교적 높게 확보되지만, 전해액 담지 전후의 두께 변화가 심한 것으로 확인된다. Specifically, in the case of SBR (Comparative Example 2) generally known in the art, although the initial adhesion is secured relatively high, it is confirmed that the thickness change before and after the electrolyte loading is severe.

특히, 전해액 담지 전후의 두께 변화가 심한 것은, SBR에 전해액이 함침되면서 팽창되고, 음극 활물질에 대한 결착력을 상실한 것을 의미한다. In particular, the significant change in thickness before and after loading the electrolyte means that the SBR expands while being impregnated with the electrolyte and loses binding force to the negative electrode active material.

실험실 스케일에서는 1000 사이클까지 평가하였지만, 이를 초과하여 장기 구동할 때, 전해액이 함침된 SBR은 음극 활물질의 수축 및 팽창에 따라 음극 활물질에 대한 결착력을 더욱 상실하여, 이차 전지의 사이클 특성을 저해할 것으로 예측된다.Although it was evaluated up to 1000 cycles at the laboratory scale, when it is operated for a long time beyond this, the SBR impregnated with the electrolyte further loses binding force to the anode active material according to the contraction and expansion of the anode active material, impairing the cycle characteristics of the secondary battery. predicted

한편, 산에 의해서만 변성된 폴리올레핀계 수지(비교예 1)의 경우, SBR(비교예 2)에 대비하여 전해액 담지 전후의 두께 변화가 감소하였지만, 낮은 초기 접착력을 갖는 것으로 확인된다.On the other hand, in the case of the polyolefin-based resin modified only by acid (Comparative Example 1), the thickness change before and after the electrolyte loading was reduced compared to SBR (Comparative Example 2), but it was confirmed to have a low initial adhesive strength.

이와 관련하여, 폴리올레핀의 비극성에 의해 우수한 내전해액 특성은 구현되나, 상기 산 작용기 단독 도입에 의한 접착력 향상 효과는 SBR(비교예 2)에 비해 낮은 수준으로 확인된다.In this regard, excellent electrolyte resistance properties are realized due to the non-polarity of polyolefin, but the effect of improving adhesion by introducing the acid functional group alone is confirmed to be lower than that of SBR (Comparative Example 2).

그에 반면, 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지(실시예 1 내지 6)의 경우, 높은 초기 접착력이 확보됨과 동시에, 음극 두께 변화가 억제된 것으로 확인된다.On the other hand, in the case of the acid and aromatic hydrocarbon-modified resins (Examples 1 to 6), it was confirmed that high initial adhesion was ensured and the change in the thickness of the negative electrode was suppressed.

이는, 폴리올레핀의 비극성에 의해 우수한 내전해액 특성을 구현함과 동시에, 산 작용기 단독 도입 시의 부족한 접착력은 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기를 통해 보완한 것을 의미한다.This means that excellent electrolyte resistance properties are realized due to the non-polarity of polyolefin, and the insufficient adhesive strength when the acid functional group is introduced alone is compensated for through the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group.

종합적으로, 폴리올레핀의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 산 작용기 및 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기를 도입함으로써, 비로소 초기 접착력과 내전해액 특성을 동시에 우수한 범위로 구현할 수 있고, 이를 통해 충방전 과정 중의 결착력을 유지하여, 이차 전지의 장기 구동 시에도 우수한 사이클 특성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.Overall, by introducing an acid functional group and an aromatic hydrocarbon-based pendant functional group in the inside, terminal, or both of the molecules of the polyolefin, the initial adhesion and the electrolyte resistance properties can be simultaneously realized in an excellent range, thereby reducing the binding force during the charging and discharging process. It can be seen that excellent cycle characteristics can be secured even during long-term driving of the secondary battery.

Claims (20)

산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 포함하고,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는,
폴리올레핀, 및
상기 폴리올레핀의 분자 내부, 말단, 또는 이들 모두에 위치하는 산(acid) 작용기 및 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon)계 펜던트(pendant) 작용기를 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더.
containing an acid and aromatic hydrocarbon modified resin;
The acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
polyolefin, and
Including an acid (acid) functional group and an aromatic hydrocarbon-based pendant (pendant) functional group located inside the molecule of the polyolefin, at the terminal, or both,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기는,
벤젠, 나프탈렌, 안트라센 및 피렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로부터 유래된 것인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The aromatic hydrocarbon-based pendant functional group,
It is derived from at least one selected from the group consisting of benzene, naphthalene, anthracene and pyrene,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 산 작용기는,
무수말레인산으로부터 유래된 것인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The acid functional group,
which is derived from maleic anhydride,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀은,
3차 수소(tertiary hydrogen)를 가지는 C3 내지 C20 올레핀;의 단독 중합체 (homopolymer) 또는 공중합체(copolymer)인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The polyolefin is
A homopolymer or copolymer of a C3 to C20 olefin having a tertiary hydrogen;
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀은,
폴리프로필렌 단독 중합체(homopolymer), 프로필렌-에틸렌 공중합체(propylene-ethylene copolymer), 프로필렌-부틸렌 공중합체(propylene-butylene-copolymer) 및 에틸렌-프로필렌-부틸렌 삼중합체(ethylene-propylene-butylene terpolymer)를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The polyolefin is
Polypropylene homopolymer, propylene-ethylene copolymer, propylene-butylene-copolymer and ethylene-propylene-butylene terpolymer At least one selected from the group comprising
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는,
하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위, 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더:
[화학식 1]
Figure pat00008

[화학식 2]
Figure pat00009

상기 화학식 2에서,
L1은 직접 결합 또는 NH, 예컨대 NH이고,
L2은 직접 결합, 또는 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬렌, 예컨대 C1 알킬렌(즉, CH2)이고,
Ar1은 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 또는 피레닐이고,
[화학식 3]
Figure pat00010

R1은 하기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 치환기이고,
[화학식 3-1]
Figure pat00011

[화학식 3-2]
Figure pat00012

상기 화학식 3-1 및 3-2에서 각각, 점선은 상기 화학식 3과 연결된다.
According to claim 1,
The acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
comprising a repeating unit represented by the following formula (1), a repeating unit represented by the following formula (2), and a repeating unit represented by the following formula (3),
Binder for negative electrode of secondary battery:
[Formula 1]
Figure pat00008

[Formula 2]
Figure pat00009

In Formula 2,
L 1 is a direct bond or NH, such as NH,
L 2 is a direct bond, or substituted or unsubstituted C 1-10 alkylene, such as C 1 alkylene (ie, CH 2 );
Ar 1 is phenyl, naphthyl, anthracenyl, or pyrenyl,
[Formula 3]
Figure pat00010

R 1 is a substituent represented by the following formula 3-1 or 3-2,
[Formula 3-1]
Figure pat00011

[Formula 3-2]
Figure pat00012

In Formulas 3-1 and 3-2, a dotted line is connected to Formula 3, respectively.
제1항에 있어서,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지는,
하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 5로 표시되는 반복 단위 중 하나 이상을 더 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더:
[화학식 4]
Figure pat00013

[화학식 5]
Figure pat00014
.
According to claim 1,
The acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
Further comprising at least one of a repeating unit represented by the following formula (4) and a repeating unit represented by the following formula (5),
Binder for negative electrode of secondary battery:
[Formula 4]
Figure pat00013

[Formula 5]
Figure pat00014
.
제1항에 있어서,
상기 산 작용기 및 상기 방향족 탄화수소계 펜던트 작용기의 총량은,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지(100 중량%)의 0.5 내지 15 중량%인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The total amount of the acid functional group and the aromatic hydrocarbon-based pendant functional group is
0.5 to 15% by weight of the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin (100% by weight),
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 바인더 조성물은,
수성 용매;를 더 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The binder composition,
Aqueous solvent; further comprising,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
폴리올레핀계 수지를 산(acid)과 반응시켜, 산 변성 수지를 제조하는 단계; 및
상기 산 변성 수지를 방향족 화합물과 반응시켜, 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계를 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
preparing an acid-modified resin by reacting a polyolefin-based resin with an acid; and
By reacting the acid-modified resin with an aromatic compound, comprising the step of preparing an acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 산 변성 수지를 제조하는 단계에서,
상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부 기준으로, 1 내지 30 중량부의 산을 반응시키는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
In the step of preparing the acid-modified resin,
Based on 100 parts by weight of the polyolefin-based resin, 1 to 30 parts by weight of an acid is reacted,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 산 변성 수지를 제조하는 단계는,
90 내지 130 ℃의 온도 범위에서 수행되는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step of preparing the acid-modified resin,
carried out in the temperature range of 90 to 130 °C,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계는,
상기 산 변성 수지 100 중량부 기준으로, 1 내지 30 중량부의 방향족 화합물을 반응시키는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step of preparing the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
Reacting 1 to 30 parts by weight of an aromatic compound based on 100 parts by weight of the acid-modified resin,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계는,
90 내지 130 ℃의 온도 범위에서 수행되는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step of preparing the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
carried out in the temperature range of 90 to 130 °C,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 제조하는 단계 이후에,
증류법(evaporation method)을 이용하여, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 포함하는 수분산액를 제조하는 단계;를 더 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
After the step of preparing the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
Using a distillation method (evaporation method), preparing an aqueous dispersion containing the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin; further comprising,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제15항에 있어서,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 포함하는 수분산액를 제조하는 단계는,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 끓는점 100 ℃ 이하의 저비점 용매와 혼합한 뒤 승온시켜, 상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지가 용해된 용액을 제조하는 단계;
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지가 용해된 용액에, 염기성 용액을 적하하는 단계; 및
상기 염기성 용액을 적하한 뒤, 증류수를 적하함과 동시에 상기 저비점 용매를 증류시키면서, 상기 산 및 방향족 변성 수지를 수분산시키는 단계;를 더 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The step of preparing an aqueous dispersion comprising the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin,
preparing a solution in which the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin are dissolved by mixing the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin with a low-boiling solvent having a boiling point of 100° C. or less and then heating the mixture;
Dropping a basic solution to the solution in which the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin are dissolved; and
After the basic solution is added dropwise, distilled water is added thereto and the low boiling point solvent is distilled off while dispersing the acid and the aromatic modified resin in water; further comprising:
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제16항에 있어서,
상기 저비점 용매는,
아세톤, 테트라하이드로퓨란, 또는 이들의 혼합물인,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
The low boiling point solvent is
acetone, tetrahydrofuran, or a mixture thereof,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제16항에 있어서,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지를 수분산시키는 단계 이후에,
상기 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 수분산액을 상온으로 냉각시키는 단계; 및
상기 냉각된 산 및 방향족 탄화수소 변성 수지의 수분산액을 필터링하는 단계;를 더 포함하는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
17. The method of claim 16,
After the step of dispersing the acid and the aromatic hydrocarbon-modified resin in water,
cooling the aqueous dispersion of the acid and aromatic hydrocarbon-modified resin to room temperature; and
Further comprising; filtering the aqueous dispersion of the cooled acid and aromatic hydrocarbon-modified resin;
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
음극 집전체; 및
상기 음극 집전체 상에 위치하고, 제1항의 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 음극 합제 층;을 포함하는,
이차 전지의 음극.
negative electrode current collector; and
Located on the negative electrode current collector, the negative electrode mixture layer comprising the binder of claim 1 and the negative electrode active material; including,
negative electrode of the secondary battery.
제19항의 음극; 양극; 및 전해질;을 포함하는,
이차 전지.
The negative electrode of claim 19; anode; and electrolyte;
secondary battery.
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