KR20220063043A - Binder for anode of secondary battery, anode of secondary battery, and secondary battery - Google Patents

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KR20220063043A KR1020200148913A KR20200148913A KR20220063043A KR 20220063043 A KR20220063043 A KR 20220063043A KR 1020200148913 A KR1020200148913 A KR 1020200148913A KR 20200148913 A KR20200148913 A KR 20200148913A KR 20220063043 A KR20220063043 A KR 20220063043A
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이성진
우정은
강민아
손정만
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Abstract

The present invention relates to a binder for a negative electrode of a secondary battery having excellent adhesion and elasticity and capable of suppressing the volume change of a negative electrode active material, a negative electrode of a secondary battery, 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 활물질을 포함한다.The negative electrode of the secondary battery includes a current collector and an anode active material layer, wherein the anode active material layer includes an anode active material.

구체적으로, 음극 활물질로는 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조, 천연 흑연, 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 적용되어 왔고, 방전 용량을 높이기 위해 실리콘, 주석, 실리콘-주석 합금 등을 음극 활물질로 사용하기 위한 연구도 진행 중이다.Specifically, as the negative electrode active material, various types of carbon-based materials including artificial, natural graphite, and hard carbon capable of insertion/desorption of lithium have been applied, and silicon, tin, silicon-tin alloy, etc. Research to use it as an active material is also ongoing.

다만, 음극 활물질의 방전 용량이 커질수록 충방전에 따른 부피 변화가 심하여, 음극 접착력을 약화시키고, 이차 전지의 수명을 감축시키는 문제가 있다. However, as the discharge capacity of the negative active material increases, the volume change due to charging and discharging is severe, thereby weakening the adhesion of the negative electrode and reducing the lifespan of the secondary battery.

이와 관련하여, 이차 전지의 수명을 확보하기 위해, 음극 활물질의 부피 변화를 견딜 수 있는 정도의 탄성을 가지며, 부피 변화를 억제할 수 있는 바인더가 요구된다. 또한, 음극 제조 시의 공정성을 확보하기 위해서도, 탄성이 높은 바인더가 필요하다.In this regard, in order to secure the lifespan of the secondary battery, a binder having elasticity enough to withstand the volume change of the anode active material and capable of suppressing the volume change is required. In addition, a binder with high elasticity is required also in order to ensure fairness at the time of manufacturing a negative electrode.

본 발명은, 공정성을 개선하면서도 음극 활물질의 부피 변화를 견딜 수 있는 정도의 탄성을 가지며, 궁극적으로는 이차 전지의 수명을 확보할 수 있는, 음극용 바인더를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a binder for a negative electrode, which has enough elasticity to withstand a change in the volume of an anode active material while improving processability, and can ultimately secure the lifespan of a secondary battery.

구체적으로, 본 발명의 일 구현예에서는, 주쇄 공중합체의 반복단위 100 중량% 중, (메트)아크릴아미드계 단량체 유래 제1 반복 단위 50 내지 60 중량%, 불포화 카르본산계 단량체 유래 제2 반복 단위 20 내지 35 중량%, 및 니트릴계 단량체 유래 제3 반복 단위 10 내지 20 중량%를 포함하는 주쇄 공중합체가, 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트를 매개로 가교된 가교 중합체를 포함하는 이차 전지의 음극용 바인더를 제공한다.Specifically, in one embodiment of the present invention, in 100% by weight of the repeating unit of the main chain copolymer, 50 to 60% by weight of the first repeating unit derived from the (meth)acrylamide-based monomer, and the second repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid-based monomer 20 to 35 wt%, and a main chain copolymer comprising 10 to 20 wt% of a third repeating unit derived from a nitrile-based monomer, comprising a crosslinked polymer crosslinked through poly(alkylene glycol) di(meth)acrylate A binder for a negative electrode of a secondary battery is provided.

본 발명의 다른 구현예들에서는, 상기 일 구현예의 음극용 바인더를 제조하는 방법, 상기 일 구현예의 음극용 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 음극 합제 층과 음극 집전체를 포함하는 음극, 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지를 제공한다.In other embodiments of the present invention, the method for producing the binder for the negative electrode of the one embodiment, the negative electrode including the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector comprising the negative electrode binder and the negative electrode active material of the one embodiment, and the negative electrode It provides a secondary battery comprising.

상기 일 구현예의 이차 전지 음극용 바인더는, 공정성을 개선하면서도 음극 활물질의 부피 변화를 견딜 수 있는 정도의 탄성을 가지며, 나아가 음극 활물질의 부피 변화를 억제할 수 있어, 궁극적으로는 이차 전지의 수명을 확보할 수 있다.The binder for a negative electrode of a secondary battery of one embodiment has elasticity enough to withstand a change in the volume of the negative active material while improving processability, and furthermore, it is possible to suppress a change in the volume of the negative active material, and ultimately, the lifespan of the secondary battery can be obtained

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.

이차 전지의 음극용 바인더Binder for negative electrode of secondary battery

본 발명의 일 구현예에서는, 주쇄 공중합체의 반복단위 100 중량% 중, (메트)아크릴아미드계 단량체 유래 제1 반복 단위 50 내지 60 중량%, 불포화 카르본산계 단량체 유래 제2 반복 단위 20 내지 35 중량%, 및 니트릴계 단량체 유래 제3 반복 단위 10 내지 20 중량%를 포함하는 주쇄 공중합체가, 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트를 매개로 가교된 가교 중합체를 포함하는 이차 전지의 음극용 바인더를 제공한다.In one embodiment of the present invention, in 100% by weight of the repeating unit of the main chain copolymer, 50 to 60% by weight of the first repeating unit derived from the (meth)acrylamide-based monomer, 20 to 35% by weight of the second repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid-based monomer Weight %, and the main chain copolymer comprising 10 to 20 wt% of a third repeating unit derived from a nitrile-based monomer is a secondary battery comprising a crosslinked polymer crosslinked via poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate A binder for an anode is provided.

상기 일 구현예의 음극용 바인더는, 반복 단위의 종류 및 함량이 각각 특정 범위로 제어된 공중합체가 긴 사슬을 가지는 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트를 매개로 가교된 가교 중합체를 포함한다. The binder for the negative electrode of one embodiment includes a cross-linked polymer cross-linked through poly(alkylene glycol) di(meth) acrylate in which the type and content of the repeating unit are each controlled to a specific range and the copolymer has a long chain. do.

이러한 가교 중합체는 접착력이 우수하고, 느슨한 가교 구조(loose network)로 인하여 음극 활물질의 부피 변화를 견딜 수 있는 정도의 탄성을 가지며, 나아가 음극 활물질의 부피 변화를 억제하는 효과를 나타낸다. 이에 따라 본 발명의 음극용 바인더는 전극 제조 시 공정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내구성이 우수하여 궁극적으로는 이차 전지의 수명을 확보할 수 있다.This cross-linked polymer has excellent adhesion and has elasticity enough to withstand the volume change of the anode active material due to a loose cross-linked structure (loose network), and further exhibits an effect of suppressing the volume change of the anode active material. Accordingly, the negative electrode binder of the present invention can improve processability during electrode manufacturing, and has excellent durability, thereby ultimately securing the lifespan of the secondary battery.

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

제1 반복 단위first repeat unit

상기 제1 반복 단위는 (메트)아크릴아미드계 제1 단량체로부터 유래된다. 구체적으로, 상기 제1 반복 단위는 중합 시 (메트)아크릴아미드계 제1 단량체를 투입하여 형성된 공중합체의 구조 단위에 해당된다. The first repeating unit is derived from a (meth)acrylamide-based first monomer. Specifically, the first repeating unit corresponds to a structural unit of a copolymer formed by adding a (meth)acrylamide-based first monomer during polymerization.

이러한 제1 반복 단위가 가교 중합체에 포함되는 경우, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 높은 접착력과 실리콘을 함유하는 활물질의 팽윤을 억제하는 효과를 나타낼 수 있다. When the first repeating unit is included in the cross-linked polymer, the binder for the negative electrode of the embodiment may exhibit high adhesive strength and an effect of suppressing the swelling of the active material containing silicone.

상기 (메트)아크릴아미드계 제1 단량체는, 아크릴아미드, n-메틸올 아크릴아미드, n-부톡시메틸 아크릴아미드, 메타크릴아미드, n-메틸올 메타크릴아미드, 및 n-부톡시메틸 메타크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 예컨대, 상기 (메트)아크릴아미드계 제1 단량체로는 아크릴아미드가 사용될 수 있다. The (meth)acrylamide-based first monomer is acrylamide, n-methylol acrylamide, n-butoxymethyl acrylamide, methacrylamide, n-methylol methacrylamide, and n-butoxymethyl methacryl It may be at least one selected from the group consisting of amides. For example, acrylamide may be used as the (meth)acrylamide-based first monomer.

상기 제1 반복 단위는, 주쇄 공중합체 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 50 내지 60 중량%, 또는 54 내지 60 중량%로 로 포함될 수 있다. 즉, 상기 가교 중합체 제조 시 상기 제1 단량체는 단량체의 총 중량(100 중량%) 중, 50 내지 60 중량%, 또는 54 내지 60 중량%로 사용될 수 있다. The first repeating unit may be included in an amount of 50 to 60% by weight, or 54 to 60% by weight of the total weight (100% by weight) of the main chain copolymer repeating unit. That is, when preparing the cross-linked polymer, the first monomer may be used in an amount of 50 to 60% by weight, or 54 to 60% by weight of the total weight (100% by weight) of the monomer.

만일 상기 제1 반복 단위의 함량이 50 중량% 미만인 경우 접착력의 현저한 감소되는 문제가 있을 수 있다. 또, 상기 제1 반복 단위의 함량이 60 중량%를 초과할 경우에도 접착력이 감소하는 경향을 보이므로, 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.If the content of the first repeating unit is less than 50% by weight, there may be a problem in that the adhesive strength is significantly reduced. In addition, since the adhesive strength tends to decrease even when the content of the first repeating unit exceeds 60% by weight, it is preferable to satisfy the above range.

제2 반복 단위second repeat unit

상기 제2 반복 단위는 불포화 카르본산계 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 unsaturated carboxylic acid-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 가교 중합체에 포함되는 경우, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 카르본산계의 친수성으로 인해 접착력이 향상될 수 있다. When the second repeating unit is included in the cross-linked polymer, the adhesive strength of the negative electrode binder according to the embodiment may be improved due to the hydrophilicity of the carboxylic acid.

상기 불포화 카르본산계 제2 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 테트라하이드로프탈산, 크로톤산, 이소크로톤산, 및 나딕산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 예컨대, 아크릴산일 수 있다.The unsaturated carboxylic acid-based second 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, , for example, acrylic acid.

상기 제2 반복 단위는, 주쇄 공중합체 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 20 내지 35 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 가교 중합체 제조 시 상기 제2 단량체는 단량체의 총 중량(100 중량%) 중, 20 내지 35 중량%로 사용될 수 있다. The second repeating unit may be included in an amount of 20 to 35% by weight based on the total weight (100% by weight) of the main chain copolymer repeating unit. That is, when preparing the cross-linked polymer, the second monomer may be used in an amount of 20 to 35 wt% based on the total weight (100 wt%) of the monomer.

만일 상기 제2 반복 단위의 함량이 20 중량% 미만인 경우 바인더의 접착력이 저하될 수 있고, 35 중량%를 초과하면 상대적으로 제1 및 제3 반복 단위의 함량이 상술한 범위를 벗어나게 되어 각 반복 단위들에 의한 시너지 효과를 얻을 수 없다.If the content of the second repeating unit is less than 20% by weight, the adhesive strength of the binder may decrease, and if it exceeds 35% by weight, the content of the first and third repeating units is relatively out of the above-described range, so that each repeating unit No synergistic effect can be obtained by

제3 반복 단위third repeat unit

상기 제3 반복 단위는 니트릴계 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 a nitrile-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 가교 중합체에 포함되는 경우, 상기 일 구현예의 음극용 바인더는 니트릴계의 소수성으로 인해 전극에서 전해액 내화학성이 향상될 수 있다. When the third repeating unit is included in the crosslinked polymer, the negative electrode binder of the embodiment may have improved chemical resistance of the electrolyte in the electrode due to the hydrophobicity of the nitrile type.

상기 니트릴계 제3 단량체는, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 및 알릴시아나이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 예컨대, 아크릴로니트릴 일 수 있다.The nitrile-based third monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylonitrile, methacrylonitrile, and allyl cyanide. For example, it may be acrylonitrile.

상기 제3 반복 단위는, 주쇄 공중합체 반복 단위의 총 중량(100 중량%) 중, 10 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 가교 중합체 제조 시 상기 제3 단량체는 단량체의 총 중량(100 중량%) 중, 10 내지 20 중량%로 사용될 수 있다. The third repeating unit may be included in an amount of 10 to 20% by weight based on the total weight (100% by weight) of the main chain copolymer repeating unit. That is, when preparing the cross-linked polymer, the third monomer may be used in an amount of 10 to 20 wt% based on the total weight (100 wt%) of the monomer.

만일 상기 제3 반복 단위의 함량이 10 중량% 미만인 경우 전해액 내화학성에 대한 효과를 기대할 수 없고, 20 중량%를 초과하면 자체의 소수성으로 인해 상분리가 일어나 고분자 중합이 정상적으로 진행되지 않을 수 있다. If the content of the third repeating unit is less than 10% by weight, the effect on the chemical resistance of the electrolyte cannot be expected, and if it exceeds 20% by weight, phase separation occurs due to its hydrophobicity, and polymer polymerization may not proceed normally.

한편, 상기 반복 단위 중 제3 반복 단위의 함량은 제2 반복 단위의 함량과 같거나, 제2 반복 단위의 함량보다 적은 것이 접착성 향상 측면에서 보다 바람직하다. 구체적으로, 상기 불포화 카르본산계 단량체 유래 제2 반복 단위 100 중량부에 대한 니트릴계 단량체 유래 제3 반복 단위의 중량 비율은 28 중량부 이상, 또는 30 중량부 이상이면서, 100 중량부 이하, 70 중량부 이하, 또는 50 중량부 이하일 수 있다.Meanwhile, the content of the third repeating unit among the repeating units is more preferably the same as the content of the second repeating unit or less than the content of the second repeating unit in terms of improving adhesion. Specifically, the weight ratio of the third repeating unit derived from the nitrile monomer to 100 parts by weight of the second repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid monomer is 28 parts by weight or more, or 30 parts by weight or more, and 100 parts by weight or less, 70 parts by weight part or less, or 50 parts by weight or less.

가교제crosslinking agent

본 발명에서는 상기 제1 내지 제3 반복 단위를 포함하는 주쇄 공중합체의 가교제로서 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트를 포함한다. 이때, '폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트'는 폴리(알킬렌글리콜)디아크릴레이트 및 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트를 통칭하는 의미로 사용된다.In the present invention, poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate is included as a crosslinking agent of the main chain copolymer including the first to third repeating units. In this case, 'poly(alkylene glycol) di(meth) acrylate' is used as a generic term for poly(alkylene glycol) diacrylate and poly(alkylene glycol) di(meth) acrylate.

상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 두 개의 (메트)아크릴레이트 관능기 사이에 폴리알킬렌글리콜 반복단위로 이루어진 긴 사슬 구조를 가지고 있어, 상기 주쇄 공중합체를 가교하여 느슨한 그물형(loose network) 가교 구조를 형성할 수 있다. 이에, 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트를 가교제로 사용하여 제조된 바인더는 유연성이 우수하면서도 음극 활물질의 부피 팽창을 효과적으로 억제할 수 있다.The poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate has a long chain structure consisting of a polyalkylene glycol repeating unit between two (meth) acrylate functional groups, and the main chain copolymer is crosslinked to form a loose network ( loose network) can form a cross-linked structure. Accordingly, the binder prepared by using poly(alkylene glycol) di(meth) acrylate as a crosslinking agent has excellent flexibility and can effectively suppress volume expansion of the negative electrode active material.

상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 수평균분자량이 500 내지 1000 g/mol, 또는 700 내지 1000 g/mol일 수 있다. 수평균분자량이 500 g/mol미만인 경우 폴리(알킬렌글리콜) 사슬 길이가 충분하지 않아 느슨한 그물형 가교 구조의 형성이 어렵고, 이에 따라 바인더의 탄성 및 유연성이 저하될 수 있다. 또, 수평균분자량이 1000 g/mol를 초과하는 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 용매로 사용되는 물에 대해 용해도가 낮아, 바인더 중합 시 가교제가 균일하게 용해된 상태가 아니게 되고, 그에 의해 균일한 형태의 바인더가 중합되지 않을 수 있다. The poly(alkylene glycol)di(meth)acrylate may have a number average molecular weight of 500 to 1000 g/mol, or 700 to 1000 g/mol. When the number average molecular weight is less than 500 g/mol, the poly(alkylene glycol) chain length is not sufficient, so it is difficult to form a loose cross-linked network structure, and thus the elasticity and flexibility of the binder may be reduced. In addition, poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate having a number average molecular weight of more than 1000 g/mol has low solubility in water used as a solvent, so that the crosslinking agent is not uniformly dissolved during binder polymerization. , whereby the binder in a uniform form may not be polymerized.

한편, 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트의 수평균분자량은 크기 배제 크로마토크래피(SEC)를 이용하여 측정할 수 있다. 일례로, PLgel 10㎛ Mixed-B (Agilent사제)의 컬럼을 이용한 PL-GPC 기기(Agilent사제)로 측정될 수 있고, 1,2,4-TCB (1,2,4-Trichlorobenzene)를 이동상으로 하여 125℃의 온도 및 1ml/min의 유속의 조건하에서 측정될 수 있다. 상세하게는, 시료를 10mg/10mL의 농도로 1,2,4-TCB 에 용해시킨 후, 200μL의 양으로 공급하고, 폴리스티렌 표준(분자량은 2,000 / 10,000 / 30,000 / 70,000 / 200,000 / 700,000 / 2,000,000 / 4,000,000 / 10,000,000의 9종)을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 수평균 분자량(Mn)을 값을 확인할 수 있다. On the other hand, the number average molecular weight of poly(alkylene glycol) di(meth) acrylate can be measured using size exclusion chromatography (SEC). For example, it can be measured with a PL-GPC instrument (manufactured by Agilent) using a column of PLgel 10㎛ Mixed-B (manufactured by Agilent), and 1,2,4-TCB (1,2,4-Trichlorobenzene) is used as a mobile phase Therefore, it can be measured under the conditions of a temperature of 125° C. and a flow rate of 1 ml/min. Specifically, the sample is dissolved in 1,2,4-TCB at a concentration of 10mg/10mL, and then supplied in an amount of 200μL, and a polystyrene standard (molecular weight is 2,000 / 10,000 / 30,000 / 70,000 / 200,000 / 700,000 / 2,000,000 / The number average molecular weight (Mn) can be confirmed using a calibration curve formed using 9 types of 4,000,000 / 10,000,000).

상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는, 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트(PEGDA), 및/또는 폴리(에틸렌글리콜)디메타크릴레이트(PEGDMA)일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 수평균분자량이 500 내지 1000 g/mol인 폴리(에틸렌글리콜)디메타크릴레이트일 수 있다.The poly(alkylene glycol) di(meth) acrylate may be poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), and/or poly(ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA). Specifically, the poly(alkylene glycol) di(meth) acrylate may be poly(ethylene glycol) dimethacrylate having a number average molecular weight of 500 to 1000 g/mol.

상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 상기 주쇄 공중합체 100 중량%에 대하여 0.5 내지 3 중량%로 포함되며, 바람직하게는 1 내지 3 중량%로 포함된다. 즉, 상기 가교 중합체 제조 시 상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 (메트)아크릴아미드계 단량체, 불포화 카르본산계, 및 니트릴계 단량체를 포함하는 단량체 혼합물 100 중량%에 대하여 0.5 내지 3 중량%, 또는 1 내지 3 중량%로 사용될 수 있다.The poly(alkylene glycol)di(meth)acrylate is included in an amount of 0.5 to 3% by weight, preferably 1 to 3% by weight, based on 100% by weight of the main chain copolymer. That is, when preparing the cross-linked polymer, the poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate is 0.5 to 100% by weight of a monomer mixture including a (meth) acrylamide-based monomer, an unsaturated carboxylic acid-based monomer, and a nitrile-based monomer 3% by weight, or 1 to 3% by weight.

폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트의 함량이 주쇄 공중합체 100 중량%에 대하여 0.5 중량% 미만이면 느슨한 그물형 가교 구조가 충분히 형성되지 못하여 바인더의 유연성 및 음극 활물질의 부피 팽창 억제 효과를 얻을 수 없다. If the content of poly(alkylene glycol)di(meth)acrylate is less than 0.5% by weight based on 100% by weight of the main chain copolymer, a loose cross-linked network structure is not sufficiently formed, thereby reducing the flexibility of the binder and the effect of suppressing volume expansion of the negative active material. can't get

반대로 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트의 함량이 주쇄 공중합체 100 중량%에 대하여 3 중량%를 초과하면 바인더의 접착 성능이 현저히 저하되며, 전지 구동 시 전극 합제 내에서 주쇄 고분자와 가교제 사이에 상 분리가 일어나 전극 표면의 접착력이 균일하지 않게 되고, 이러한 접착력의 불균형으로 인해 전극 합제에 크랙이나 탈리가 발생할 수 있으며, 나아가 전지 단락이 발생할 수 있다. Conversely, when the content of poly(alkylene glycol)di(meth)acrylate exceeds 3% by weight based on 100% by weight of the main chain copolymer, the adhesive performance of the binder is significantly reduced, and the main chain polymer and crosslinking agent in the electrode mixture during battery operation Phase separation occurs between the electrodes to make the adhesive force on the electrode surface non-uniform, and cracks or detachment may occur in the electrode mixture due to the imbalance in the adhesive force, and furthermore, a battery short circuit may occur.

수성 용매aqueous solvent

또한, 상기 일 구현예의 음극용 바인더에는 상술한 가교 중합체 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 cross-linked polymer.

상기 수성 용매는, 가교 중합체의 안정성 및 점도 조절 측면에서, 상기 가교 중합체 100 중량부에 대해, 약 50 내지 약 1,000 중량부, 구체적으로 약 200 내지 약 800 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 50%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 200 to about 800 parts by weight, based on 100 parts by weight of the crosslinked polymer, in terms of stability and viscosity control of the crosslinked polymer. 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 50%.

상기 수성 용매가 지나치게 적게 사용되는 경우, 가교 중합체 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 cross-linked polymer particles is reduced, and if the solvent is used too much, the viscosity may decrease and the adhesive force of the binder may be weakened, and thus the battery There may be a problem that the overall performance is deteriorated.

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

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트 및 중합개시제의 존재 하에, 단량체 혼합물을 중합하여 가교 중합체를 제조하는 단계;를 포함하여, 이차 전지의 음극용 바인더를 제조하는 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, in the presence of poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate and a polymerization initiator, polymerizing a monomer mixture to prepare a cross-linked polymer; including, a binder for a negative electrode of a secondary battery provides a method for manufacturing

이는, 전술한 일 구현예의 음극용 바인더를 제조하는 방법일 수 있다. This may be a method of manufacturing the binder for the negative electrode of the above-described embodiment.

구체적으로, 상기 단량체 혼합물은 단량체 혼합물 총 중량(100 중량%) 중, 메타)아크릴아미드계 단량체 50 내지 60 중량%, 불포화 카르본산계 단량체 20 내지 35 중량%, 및 니트릴계 단량체 10 내지 20 중량%를 포함한다.Specifically, the monomer mixture contains 50 to 60% by weight of a meth)acrylamide-based monomer, 20 to 35% by weight of an unsaturated carboxylic acid-based monomer, and 10 to 20% by weight of a nitrile-based monomer, based on the total weight (100% by weight) of the monomer mixture. includes

상기 제조 방법에서, 가교제로 사용되는 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 단량체 혼합물 100 중량%에 대하여 0.5 내지 3 중량% 이하, 보다 바람직하게는 1 내지 3 중량%로 포함된다. In the preparation method, the poly(alkylene glycol)di(meth)acrylate used as a crosslinking agent is included in an amount of 0.5 to 3% by weight or less, more preferably 1 to 3% by weight based on 100% by weight of the monomer mixture.

폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트의 함량이 단량체 혼합물 100 중량%에 대하여 0.5 중량% 미만이면 느슨한 그물형 가교 구조가 충분히 형성되지 못하여 바인더의 유연성 및 음극 활물질의 부피 팽창 억제 효과를 얻을 수 없다. 반대로 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트의 함량이 단량체 혼합물 100 중량%에 대하여 3 중량%를 초과하면 바인더의 접착 성능이 현저히 저하되며, 전지 구동 시 전극 합제 내에서 주쇄 고분자와 가교제 사이에 상 분리가 일어나 전극 표면의 접착력이 균일하지 않게 되고, 이러한 접착력의 불균형으로 인해 전극 합제에 크랙이나 탈리가 발생할 수 있으며, 나아가 전지 단락이 발생할 수 있다. If the content of poly(alkylene glycol)di(meth)acrylate is less than 0.5% by weight based on 100% by weight of the monomer mixture, a loose network-type crosslinked structure cannot be sufficiently formed to obtain flexibility of the binder and the effect of suppressing volume expansion of the negative active material. can't Conversely, when the content of poly(alkylene glycol)di(meth)acrylate exceeds 3% by weight based on 100% by weight of the monomer mixture, the adhesive performance of the binder is significantly reduced, and between the main chain polymer and the crosslinking agent in the electrode mixture when the battery is driven Phase separation occurs on the surface of the electrode, resulting in non-uniform adhesion on the surface of the electrode, and cracks or detachment may occur in the electrode mixture due to this imbalance in adhesion, and furthermore, a battery short circuit may occur.

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

중합polymerization

본 발명의 이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법에서 단량체 혼합물을 중합하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 용액 중합법, 현탁 중합법, 괴상 중합법, 유화 중합법 등의 방법에 의하여 수행될 수 있다. 중합 반응으로는, 이온 중합, 라디칼 중합, 리빙 라디칼 중합 등의 부가 중합을 이용할 수 있다.The method for polymerizing the monomer mixture in the method for producing the binder for the negative electrode of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and for example, solution polymerization method, suspension polymerization method, bulk polymerization method, emulsion polymerization method, etc. can be As polymerization reaction, addition polymerization, such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization, can be used.

상기 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. The polymerization may be carried out 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 중합은 상술한 수성 용매를 포함하는 용액 내에서 중합개시제의 존재 하에 수행될 수 있다. In addition, the polymerization may be carried out in the presence of a polymerization initiator in a solution containing the above-described aqueous solvent.

상기 가교 중합체의 제조를 위한 중합 단계의 중합 온도 및 중합 시간은 경우에 따라 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어, 중합 온도는 약 35 ℃ 내지 약 90 ℃ 일 수 있고, 중합 시간은 약 0.5 시간 내지 약 20 시간일 수 있다.The polymerization temperature and polymerization time of the polymerization step for preparing the cross-linked polymer may be appropriately determined according to the case. For example, the polymerization temperature may be about 35 °C to about 90 °C, and the polymerization time may be about 0.5 hours to about 20 hours.

중합 개시제polymerization initiator

상기 중합 시 사용 가능한 중합 개시제로는, 무기 또는 유기 과산화물이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 포타슘 퍼설페이트, 소듐 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트 등을 포함하는 수용성 개시제를 사용할 수 있다. As the polymerization initiator usable during the polymerization, an inorganic or organic peroxide may be used, for example, a water-soluble initiator including potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, and the like may be used.

리튬 이차전지용 음극Anode for lithium secondary battery

본 발명의 또 다른 구현예들에서는, 전술한 일 구현예의 음극용 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 음극 합제를 제공하며, 이러한 음극 합제를 포함하는 음극 합제 층 및 음극 집전체를 포함하는 음극을 제공한다.In still other embodiments of the present invention, there is provided a negative electrode mixture including the binder for the negative electrode and the negative electrode active material of the above-described embodiment, and a negative electrode including a negative electrode mixture layer including the negative electrode mixture and a negative electrode current collector .

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.

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 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 of which it is 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. 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.

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 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 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.

<참고예><Reference example>

접착 성능이 우수한 단량체 조성을 확인하기 위하여, 하기 참고예 1 내지 8과 같이 가교제 없이 (메트)아크릴아미드계 단량체, 불포화 카르본산계, 및 니트릴계 단량체의 공중합체를 제조하고, 그 접착 성능을 평가하였다.In order to confirm the monomer composition having excellent adhesion performance, a copolymer of a (meth)acrylamide-based monomer, an unsaturated carboxylic acid-based monomer, and a nitrile-based monomer without a crosslinking agent was prepared as in Reference Examples 1 to 8 below, and the adhesion performance was evaluated. .

참고예 1Reference Example 1

(1) 바인더의 제조(1) Preparation of binder

아크릴아마이드(AAM, 60g), 아크릴산(AA, 33g), 및 아크릴로니트릴(AN, 16g)이 혼합된 단량체 혼합물에, 중합 개시제로 암모늄 퍼설페이트(0.5g) 및 용매로 물(700g)을 첨가하고 혼합하였다. To a monomer mixture of acrylamide (AAM, 60 g), acrylic acid (AA, 33 g), and acrylonitrile (AN, 16 g), ammonium persulfate (0.5 g) as a polymerization initiator and water (700 g) as a solvent were added. and mixed.

상기 혼합물을 70 ℃에서 약 8 시간 동안 중합하여, 가교되지 않은 공중합체를 포함하는 참고예 1의 바인더를 제조하였다.The mixture was polymerized at 70° C. for about 8 hours to prepare the binder of Reference Example 1 including an uncrosslinked copolymer.

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

1.5% CMC 수용액 (90g), 도전재 (카본블랙, Super C65, 3g)를 1시간 교반하여 도전재 분산액을 제조하였다. A 1.5% CMC aqueous solution (90 g) and a conductive material (carbon black, Super C65, 3 g) were stirred for 1 hour to prepare a conductive material dispersion.

상기 도전재 분산액에 인조흑연 (Zichen사의 GT, 150g), 천연흑연 (BTR사의 AGP8, 50g), 실리콘계 활물질(BTR 사의 DMSO, 30g), 증류수 (20g), 및 상기 (1)에서 제조한 실시예 1의 바인더(0.5g)를 첨가하고 30분동안 교반하여 실시예 1의 음극 슬러리를 제조하였다. Artificial graphite (Zichen's GT, 150g), natural graphite (BTR's AGP8, 50g), silicone-based active material (BTR's DMSO, 30g), distilled water (20g), and Example prepared in (1) in the conductive material dispersion liquid The negative electrode slurry of Example 1 was prepared by adding the binder (0.5 g) of No. 1 and stirring for 30 minutes.

상기 실시예 1의 슬러리를 20 ㎛ 두께의 구리 호일 위에 일면당 10.8 mg/cm2의 로딩량으로 단면에 코팅한 다음, 건조하고, 총 두께가 90 ㎛ 두께로 압연하여 참고예 1의 음극을 수득하였다.The slurry of Example 1 was coated on the cross section at a loading amount of 10.8 mg/cm 2 per side on a 20 μm thick copper foil, dried, and rolled to a total thickness of 90 μm to obtain the negative electrode of Reference Example 1 did

참고예 2 내지 8Reference Examples 2 to 8

각 단량체의 함량을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고 참고예 1과 동일한 방법으로 바인더 및 음극을 제조하였다. 하기 표 1에서 각 단량체 함량은 단량체 총 100 중량% 중의 함량(중량%)이다.A binder and a negative electrode were prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the content of each monomer was changed as shown in Table 1 below. In Table 1 below, the content of each monomer is the content (% by weight) in 100% by weight of the total monomer.

바인더의 접착력 평가Adhesion evaluation of binders

25℃의 항온 챔버 내에서, 상기 각 참고예의 음극의 음극 활물질 층을 유리 기판에 접착시키고, 5 mm/min의 박리 속도 및 180˚의 박리 각도로 상기 음극을 당길 때, 상기 유리 기판으로부터 상기 음극의 음극 활물질 층이 박리되는 힘을 측정하였다. When the negative electrode active material layer of the negative electrode of each reference example is adhered to a glass substrate in a constant temperature chamber at 25° C., and the negative electrode is pulled at a peeling rate of 5 mm/min and a peeling angle of 180°, the negative electrode from the glass substrate The force at which the anode active material layer was peeled was measured.

단량체monomer 참고예 1Reference Example 1 참고예 2Reference Example 2 참고예 3Reference Example 3 참고예 4Reference Example 4 참고예 5Reference Example 5 참고예 6Reference Example 6 참고예 7Reference Example 7 참고예 8Reference Example 8 단량체
조성
monomer
Furtherance
AAM(%)AAM (%) 5555 5555 5555 6060 6060 6060 6565 6565
AA(%)AA (%) 4040 3535 3030 3030 2020 1010 1010 2020 AN(%)AN(%) 55 1010 1515 1010 2020 3030 2525 1515 접착력(gf/cm)Adhesion (gf/cm) 2222 3434 4141 2929 3131 2222 2424 1111

상기 표 1을 참조하면, 단량체 혼합물 중 (메트)아크릴아미드계 단량체, 불포화 카르본산계 단량체, 및 니트릴계 단량체가 각각 50 내지 60 중량%, 20 내지 35 중량%, 및 10 내지 20 중량% 범위를 만족하는 참고예 2 내지 5의 바인더가 우수한 접착력을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 above, in the monomer mixture, the (meth)acrylamide-based monomer, the unsaturated carboxylic acid-based monomer, and the nitrile-based monomer are respectively 50 to 60% by weight, 20 to 35% by weight, and 10 to 20% by weight. It can be seen that the satisfactory binders of Reference Examples 2 to 5 exhibit excellent adhesion.

<실시예><Example>

실시예 1Example 1

(1) 바인더의 제조(1) Preparation of binder

단량체로서 아크릴아마이드(AAM, 54g), 아크릴산(AA, 30g), 및 아크릴로니트릴(AN, 15g); 중합개시제로서 암모늄 퍼설페이트(0.5g); 가교제로서 폴리(에틸렌글리콜)메타크릴레이트(PEGDMA, 수평균분자량 700 g/mol, 1g)를 용매인 물 600g에 첨가하고 혼합하였다. acrylamide (AAM, 54 g), acrylic acid (AA, 30 g), and acrylonitrile (AN, 15 g) as monomers; Ammonium persulfate (0.5 g) as polymerization initiator; Poly(ethylene glycol) methacrylate (PEGDMA, number average molecular weight 700 g/mol, 1 g) as a crosslinking agent was added to 600 g of water as a solvent and mixed.

상기 혼합물을 70 ℃에서 약 8 시간 동안 중합하여, 고형분 13%의 실시예 1의 바인더를 제조하였다. The mixture was polymerized at 70° C. for about 8 hours to prepare the binder of Example 1 having a solid content of 13%.

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

1.5% CMC 수용액 (90g), 도전재 (카본블랙, Super C65, 3g)를 1시간 교반하여 도전재 분산액을 제조하였다. A 1.5% CMC aqueous solution (90 g) and a conductive material (carbon black, Super C65, 3 g) were stirred for 1 hour to prepare a conductive material dispersion.

상기 도전재 분산액에 인조흑연 (Zichen사의 GT, 150g), 천연흑연 (BTR사의 AGP8, 50g), 실리콘계 활물질(BTR 사의 DMSO, 30g), 증류수 (20g), 및 상기 (1)에서 제조한 실시예 1의 바인더(0.5g)를 첨가하고 30분동안 교반하여 실시예 1의 음극 슬러리를 제조하였다. Artificial graphite (Zichen's GT, 150g), natural graphite (BTR's AGP8, 50g), silicone-based active material (BTR's DMSO, 30g), distilled water (20g), and the example prepared in (1) in the conductive material dispersion liquid The negative electrode slurry of Example 1 was prepared by adding the binder (0.5 g) of No. 1 and stirring for 30 minutes.

상기 실시예 1의 슬러리를 20 ㎛ 두께의 구리 호일 위에 일면당 10.8 mg/cm2의 로딩량으로 양면에 코팅한 다음, 건조하고, 총 두께가 90 ㎛ 두께로 압연하여 실시예 1의 음극을 수득하였다.The slurry of Example 1 was coated on both sides with a loading amount of 10.8 mg/cm 2 per side on a 20 μm thick copper foil, dried, and rolled to a total thickness of 90 μm to obtain the negative electrode of Example 1 did

(3) 리튬 이차 전지의 제조(3) Preparation of lithium secondary battery

상기 음극을 작동 전극으로 사용하고, 150 ㎛ 두께의 리튬 메탈 시트를 기준 전극으로 사용하고, 상기 작동 전극과 상기 기준 전극 사이에 폴리에틸렌 세퍼레이터(두께: 20㎛, 기공도: 40%)를 삽입하여 전지 용기에 투입하고, 전해액을 주입한 다음, 이 외의 사항은 통상적인 제조방법에 따라 2032 하프셀(half-cell)의 형태로 리튬 이차 전지를 제작하였다. The negative electrode is used as a working electrode, a lithium metal sheet having a thickness of 150 μm is used as a reference electrode, and a polyethylene separator (thickness: 20 μm, porosity: 40%) is inserted between the working electrode and the reference electrode. A lithium secondary battery was manufactured in the form of a 2032 half-cell according to a conventional manufacturing method after putting it in a container, injecting an electrolyte, and other matters.

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 중량에 대해 10 중량%의 첨가제 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 an additive fluoroethylene carbonate (FEC) of 10% by weight based on the total weight of the electrolyte was added.

실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 3Examples 2 to 3 and Comparative Examples 1 to 3

바인더 제조 시 단량체 및 가교제의 조성을 표 2와 같이 변경한 점을 제외하고 실시예 1과 같은 방법으로, 실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 바인더, 음극 및 리튬 이차 전지를 제조하였다. Binders, negative electrodes, and lithium secondary batteries of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the monomer and crosslinking agent was changed as shown in Table 2 during binder preparation.

하기 표 2에서 각 단량체 함량은 단량체 총 100 중량% 중의 함량(중량%)이고, 가교제의 함량은 단량체 총 100 중량% 대비 사용된 함량(중량%)이다.In Table 2 below, the content of each monomer is the content (% by weight) in 100% by weight of the total monomer, and the content of the crosslinking agent is the content (% by weight) used relative to 100% by weight of the total monomer.

단량체(중량%)Monomer (wt%) 가교제(중량%)Crosslinking agent (wt%) AAMAAM AAAA ANAN PEGDMAPEGDMA 비교예 1Comparative Example 1 5555 3030 1515 00 실시예 1Example 1 5454 3030 1515 1One 실시예 2Example 2 5454 2929 1515 22 실시예 3Example 3 5454 2929 1414 33 비교예 2Comparative Example 2 5353 2929 1414 44 비교예 3Comparative Example 3 6464 1919 1414 33

<실험예><Experimental example>

상기 실시예 1 내지 3 및 상기 비교예 1 내지 3의 음극 및 리튬 이차 전지를 각각 다음과 같은 조건으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 3에 기록하였다.The negative electrodes and lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated under the following conditions, respectively, and the results are recorded in Table 3 below.

실험예 1: 바인더의 접착력 평가Experimental Example 1: Evaluation of the adhesive strength of the binder

25℃의 항온 챔버 내에서, 상기 각 음극의 음극 활물질 층을 유리 기판에 접착시키고, 5 mm/min의 박리 속도 및 180˚의 박리 각도로 상기 음극을 당길 때, 상기 유리 기판으로부터 상기 음극의 음극 활물질 층이 박리되는 힘을 측정하였다.In a constant temperature chamber at 25° C., when the negative electrode active material 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 active material layer was peeled was measured.

실험예 2: 리튬 이차 전지의 성능 평가Experimental Example 2: Performance evaluation of lithium secondary batteries

(1) 충방전 효율(1) Charging/discharging efficiency

25℃의 항온 챔버 내에서, 0.1C로 1.5V에서 5mV까지 3회 CC/CV 방전, CC 충전 진행 후 1C CC/CV 방전을 진행하였다. 전체 방전 용량 대비 CC 구간 방전 용량을 백분율로 변환하여 충방전 효율을 계산하였다.In a constant temperature chamber at 25°C, CC/CV discharge was performed three times from 1.5V to 5mV at 0.1C, and CC/CV discharge was performed at 1C after CC charging. The charge/discharge efficiency was calculated by converting the CC section discharge capacity to a percentage of the total discharge capacity.

(2) 용량유지율(2) Capacity retention rate

25 ℃에서 표준 충/방전 전류 밀도를 0.2C/0.2C로 하고 충전 종지 전압을 4.25 V, 방전 종지 전압을 2.5 V로 하여 충방전을 반복하고, 하기 식 1에 따라 용량유지율을 계산하였다.Charging and discharging were repeated at 25° C. with a standard charge/discharge current density of 0.2C/0.2C, a final charge voltage of 4.25 V, and a final discharge voltage of 2.5 V, and the capacity retention rate was calculated according to Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

용량유지율(%) = (n번째 사이클에서의 방전용량/첫번째 사이클에서의 방전 용량)*100Capacity retention rate (%) = (discharge capacity in the nth cycle/discharge capacity in the first cycle)*100

비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 바인더 접착력 (gf/cm)Binder adhesion (gf/cm) 4141 4242 4444 4848 1212 1313 3rd cycle 충방전 효율(%)3 rd cycle charge/discharge efficiency (%) 98.8498.84 98.8798.87 98.6798.67 98.7198.71 -- 98.6098.60 10th cycle 용량유지율(%)10 th cycle capacity retention rate (%) 91.991.9 93.693.6 94.094.0 93.493.4 -- 91.291.2 20th cycle 용량유지율(%)20 th cycle capacity retention rate (%) 79.279.2 86.886.8 86.286.2 88.188.1 -- 79.879.8

상기 실험에서, 비교예 2의 전지는 테스트시 단락이 발생하여 전지 성능 데이터를 얻을 수 없었다. In the above experiment, the battery of Comparative Example 2 was short-circuited during the test, so that battery performance data could not be obtained.

상기 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 바인더는 접착력이 우수하며, 느슨한 가교 구조로 인하여 이차 전지의 음극 바인더로 사용되었을 때 음극 활물질의 부피 변화를 견딜 수 있는 탄성을 나타내고, 나아가 음극 활물질의 부피 팽창을 억제함으로써 전극의 내구성을 높여 우수한 사이클 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, the binders of Examples 1 to 3 have excellent adhesive strength, and exhibit elasticity to withstand the volume change of the negative electrode active material when used as a negative binder of a secondary battery due to a loose cross-linked structure, and further, the negative active material It can be confirmed that by suppressing the volume expansion of the electrode, the durability of the electrode is increased and excellent cycle performance is exhibited.

Claims (13)

주쇄 공중합체의 반복단위 100 중량% 중, (메트)아크릴아미드계 단량체 유래 제1 반복 단위 50 내지 60 중량%, 불포화 카르본산계 단량체 유래 제2 반복 단위 20 내지 35 중량%, 및 니트릴계 단량체 유래 제3 반복 단위 10 내지 20 중량%를 포함하는 주쇄 공중합체가, 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트를 매개로 가교된 가교 중합체를 포함하는 이차 전지의 음극용 바인더.
Among 100% by weight of the repeating unit of the main chain copolymer, 50 to 60% by weight of the first repeating unit derived from the (meth)acrylamide-based monomer, 20 to 35% by weight of the second repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid-based monomer, and the nitrile-based monomer-derived A binder for a negative electrode of a secondary battery, wherein the main chain copolymer including 10 to 20 wt% of the third repeating unit includes a crosslinked polymer crosslinked via poly(alkylene glycol) di(meth)acrylate.
제1항에 있어서,
상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 수평균분자량이 500 내지 1000 g/mol 인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate has a number average molecular weight of 500 to 1000 g / mol,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트, 및/또는 폴리(에틸렌글리콜)디메타크릴레이트인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate is poly (ethylene glycol) diacrylate, and / or poly (ethylene glycol) dimethacrylate,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 주쇄 공중합체 100 중량%에 대하여 0.5 내지 3 중량%로 포함되는,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate is contained in an amount of 0.5 to 3% by weight based on 100% by weight of the main chain copolymer,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 불포화 카르본산계 단량체 유래 제2 반복 단위 100 중량부에 대한 니트릴계 단량체 유래 제3 반복 단위의 중량 비율은 28 내지 100 중량부인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The weight ratio of the third repeating unit derived from the nitrile-based monomer to 100 parts by weight of the second repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid-based monomer is 28 to 100 parts by weight,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 (메트)아크릴아미드계 단량체는 아크릴아미드, n-메틸올 아크릴아미드, n-부톡시메틸 아크릴아미드, 메타크릴아미드, n-메틸올 메타크릴아미드, 및 n-부톡시메틸 메타크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The (meth)acrylamide-based monomer is composed of acrylamide, n-methylol acrylamide, n-butoxymethyl acrylamide, methacrylamide, n-methylol methacrylamide, and n-butoxymethyl methacrylamide. At least one selected from the group,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 불포화 카르본산계 단량체는, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 테트라하이드로프탈산, 크로톤산, 이소크로톤산, 및 나딕산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The unsaturated carboxylic acid-based 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,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 니트릴계 단량체는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 및 알릴시아나이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The nitrile-based monomer is at least one selected from the group consisting of acrylonitrile, methacrylonitrile, and allyl cyanide,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 (메트)아크릴아미드계 단량체는 아크릴아미드이고, 상기 불포화 카르본산계 단량체는 아크릴산이고, 상기 니트릴계 단량체는 아크릴로니트릴인,
이차 전지의 음극용 바인더.
According to claim 1,
The (meth)acrylamide-based monomer is acrylamide, the unsaturated carboxylic acid-based monomer is acrylic acid, and the nitrile-based monomer is acrylonitrile,
A binder for a negative electrode of a secondary battery.
폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트 및 중합개시제의 존재 하에, 단량체 혼합물을 중합하여 가교 중합체를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 단량체 혼합물은 (메트)아크릴아미드계 단량체 50 내지 60 중량%, 불포화 카르본산계 단량체 20 내지 35 중량%, 및 니트릴계 단량체 10 내지 20 중량%를 포함하는 것인,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
In the presence of poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate and a polymerization initiator, polymerizing a monomer mixture to prepare a cross-linked polymer;
The monomer mixture comprises 50 to 60% by weight of a (meth)acrylamide-based monomer, 20 to 35% by weight of an unsaturated carboxylic acid-based monomer, and 10 to 20% by weight of a nitrile-based monomer,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 폴리(알킬렌글리콜)디(메트)아크릴레이트는 단량체 혼합물 100 중량%에 대하여 0.5 내지 3 중량%로 포함되는,
이차 전지의 음극용 바인더의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The poly (alkylene glycol) di (meth) acrylate is contained in an amount of 0.5 to 3% by weight based on 100% by weight of the monomer mixture,
A method of manufacturing a binder for a negative electrode of a secondary battery.
제1항의 이차 전지 음극용 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 음극 합제 층; 및
음극 집전체를 포함하는,
이차 전지의 음극.
A negative electrode mixture layer comprising the binder for the negative electrode of claim 1 and the negative electrode active material; and
comprising a negative electrode current collector,
negative electrode of the secondary battery.
제12항의 음극을 포함하는,
이차 전지.
comprising the negative electrode of claim 12,
secondary battery.
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