KR20230034090A - Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same - Google Patents
Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230034090A KR20230034090A KR1020210117248A KR20210117248A KR20230034090A KR 20230034090 A KR20230034090 A KR 20230034090A KR 1020210117248 A KR1020210117248 A KR 1020210117248A KR 20210117248 A KR20210117248 A KR 20210117248A KR 20230034090 A KR20230034090 A KR 20230034090A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- secondary battery
- binder
- formula
- negative electrode
- carboxylic acid
- Prior art date
Links
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 17
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 16
- 150000001734 carboxylic acid salts Chemical class 0.000 claims description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 11
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 10
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 9
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 6
- 229920005994 diacetyl cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910021450 lithium metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 3
- 229940068984 polyvinyl alcohol Drugs 0.000 claims 2
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 claims 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 19
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 16
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 10
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N benzophenone Chemical group C=1C=CC=CC=1C(=O)C1=CC=CC=C1 RWCCWEUUXYIKHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 5
- 239000002388 carbon-based active material Substances 0.000 description 5
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 5
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 5
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 4
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012965 benzophenone Substances 0.000 description 4
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 4
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 4
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000002409 silicon-based active material Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002194 amorphous carbon material Substances 0.000 description 3
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 3
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical group C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 1,1-Diethoxyethane Chemical compound CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- NJVOHKFLBKQLIZ-UHFFFAOYSA-N (2-ethenylphenyl) prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OC1=CC=CC=C1C=C NJVOHKFLBKQLIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 100676-05-9 Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC1C(O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(O)C(O)C2O)CO)O1 OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 4,4'-difluorobenzophenone Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2-oxide Chemical compound CC1COS(=O)O1 SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 1
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 1
- 229910020366 ClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VKOUCJUTMGHNOR-UHFFFAOYSA-N Diphenolic acid Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(CCC(O)=O)(C)C1=CC=C(O)C=C1 VKOUCJUTMGHNOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229910018279 LaSrMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N Maltose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N Phloroglucinol Natural products CCC=CCC=CCC=CCC=CCCCCC(=O)C1=C(O)C=C(O)C=C1O JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- 229920005603 alternating copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012648 alternating copolymerization Methods 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N beta-maltose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012661 block copolymerization Methods 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000012461 cellulose resin Substances 0.000 description 1
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000002180 crystalline carbon material Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCCC VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000002391 graphite-based active material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 1
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 1
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N methyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OC KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N phloroglucinol Chemical compound OC1=CC(O)=CC(O)=C1 QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001553 phloroglucinol Drugs 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920005990 polystyrene resin Polymers 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 229920001384 propylene homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011115 styrene butadiene Substances 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 이차 전지용 바인더, 이를 포함하는 이차 전지용 음극 및 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고분자 화합물을 포함하는 이차 전지용 바인더, 이를 포함하는 이차 전지용 음극 및 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a binder for a secondary battery, a negative electrode for a secondary battery and a secondary battery including the binder. More specifically, it relates to a secondary battery binder including a polymer compound, a secondary battery negative electrode and a secondary battery including the same.
이차 전지는 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로서, 정보 통신 및 디스플레이 산업의 발전에 따라 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기에 널리 적용되어 왔다. 이차 전지로서 예를 들면, 리튬 이차 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 등을 들 수 있으며, 이들 중 리튬 이차 전지가 작동 전압 및 단위 중량당 에너지 밀도가 높으며, 충전 속도 및 경량화에 유리하다는 점에서 활발히 개발 및 적용되어 왔다.A secondary battery is a battery capable of repeating charging and discharging, and has been widely applied to portable electronic communication devices such as camcorders, mobile phones, and notebook PCs according to the development of information communication and display industries. Secondary batteries include, for example, lithium secondary batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, etc. Among them, lithium secondary batteries have high operating voltage and energy density per unit weight, and are advantageous in charging speed and weight reduction. It has been actively developed and applied in this respect.
리튬 이차 전지는 예를 들면, 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터)을 포함하는 전극 조립체, 및 전극 조립체를 함침시키는 전해질을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 전극 조립체 및 전해질을 수용하는 예를 들면, 파우치 형태의 외장재를 더 포함할 수 있다.A lithium secondary battery may include, for example, an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator (separator), and an electrolyte impregnating the electrode assembly. The lithium secondary battery may further include, for example, a pouch-type exterior material for accommodating the electrode assembly and the electrolyte.
예를 들면, 상기 음극은 음극 활물질로서 탄소계 또는 규소계 활물질 입자를 사용할 수 있다. 상기 활물질 입자는 충/방전이 반복되는 경우 전해질과의 접촉에 의한 부반응이 발생할 수 있으며, 입자의 크랙과 같은 기계적, 화학적 손상이 발생할 수 있다.For example, the anode may use carbon-based or silicon-based active material particles as an anode active material. When the active material particles are repeatedly charged/discharged, a side reaction may occur due to contact with an electrolyte, and mechanical and chemical damage such as cracking of the particles may occur.
예를 들면, 스타일렌-부타디엔계 중합체, 스티렌-아크릴레이트계 중합체 등과 같이, 일반적으로 알려진 음극 바인더는 고온 안정성 및 접착력이 부족하며, 전해액과 부반응을 일으킬 수 있다.For example, commonly known negative electrode binders such as styrene-butadiene polymers and styrene-acrylate polymers lack high temperature stability and adhesive strength, and may cause side reactions with the electrolyte.
예를 들면, 한국등록특허 제10-1320381호는 소정의 물성 조건을 만족하는 CMC 및 SBR를 음극 수계 바인더로 구비하는 이차 전지를 개시하나, 전술한 한계점을 극복하지 못하고 있다.For example, Korean Patent Registration No. 10-1320381 discloses a secondary battery having CMC and SBR satisfying predetermined physical property conditions as a negative electrode aqueous binder, but the aforementioned limitations have not been overcome.
본 발명의 일 과제는 안정성이 뛰어난 이차 전지용 바인더를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a secondary battery binder having excellent stability.
본 발명의 일 과제는 이차 전지의 방전 특성의 향상에 기여할 수 있는 이차 전지용 바인더를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a secondary battery binder that can contribute to improving the discharge characteristics of the secondary battery.
본 발명의 일 과제는 향상된 안정성과 방전 특성을 가지는 이차 전지용 음극을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a negative electrode for a secondary battery having improved stability and discharge characteristics.
본 발명의 일 과제는 향상된 안정성과 방전 특성을 가지는 이차 전지를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a secondary battery having improved stability and discharge characteristics.
예시적인 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 포함한다.A binder for a secondary battery according to exemplary embodiments includes a copolymer having a repeating unit represented by Chemical Formula 1 below and a repeating unit represented by Chemical Formula 2 below.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1 중, R1 및 R2는 각각 수소, C1 내지 C5의 알킬기, 또는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are each hydrogen, a C1 to C5 alkyl group, or a C1 to C5 carboxylic acid group or carboxylic acid salt.
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2 중, X는 O, NH, 또는 CH2 중 하나이다.In Formula 2, X is one of O, NH, or CH 2 .
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 화학식 1의 R1은 C1 내지 C5의 알킬 기이고, 상기 화학식 1의 R2는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염일 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, R 1 in Formula 1 may be a C1 to C5 alkyl group, and R 2 in Formula 1 may be a C1 to C5 carboxylic acid group or a carboxylic acid salt.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 화학식 2의 X는 O이며, 상기 공중합체는 폴리에테르에테르케톤계 화합물일 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, X in Chemical Formula 2 is O, and the copolymer may be a polyetheretherketone compound.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위의 개수에 대하여, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위의 개수의 비가 0.5 내지 1일 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, the ratio of the number of repeating units represented by Chemical Formula 2 to the number of repeating units represented by Chemical Formula 1 may be 0.5 to 1.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 공중합체는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, the copolymer may be represented by Chemical Formula 3 below.
[화학식 3][Formula 3]
화학식 3 중, R1은 C1 내지 C5의 알킬기이고, R2는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염이고, n은 1 내지 1000 사이의 정수일 수 있다.In Formula 3, R 1 is a C1 to C5 alkyl group, R 2 is a C1 to C5 carboxylic acid group or a carboxylic acid salt, and n may be an integer between 1 and 1000.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 공중합체의 분자량은 1,000 내지 700,000 g/mol일 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, the molecular weight of the copolymer may be 1,000 to 700,000 g/mol.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더는 스티렌-부타디엔고무(styrene butadiene rubber, SBR), 폴리비닐알코올 (poly vinyl alcohol), 폴리아크릴산(poly acrylic acid, PAA), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC), 히드록시프로필셀룰로오스(Hydroxypropylcellulose) 및 디아세틸셀룰로오스 (diacetylcellulose) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.A binder for a secondary battery according to some exemplary embodiments includes styrene butadiene rubber (SBR), polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (PAA), carboxymethyl cellulose, CMC), hydroxypropyl cellulose (Hydroxypropylcellulose), and diacetyl cellulose (diacetylcellulose) may further include one or more.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 이차 전지용 바인더 총 중량에 대하여, 상기 공중합체는 30 중량% 이상으로 포함될 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, the copolymer may be included in an amount of 30% by weight or more with respect to the total weight of the secondary battery binder.
또한, 예시적인 실시예에 따르는 이차 전지용 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 형성되며 예시적인 실시예에 따른 각 이차 전지용 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층을 포함한다.In addition, the negative electrode for a secondary battery according to an exemplary embodiment includes a negative electrode current collector and a negative active material layer formed on the negative electrode current collector and including a binder for each secondary battery and a negative electrode active material according to an exemplary embodiment.
예시적인 실시예에 따르는 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 이차 전지용 바인더는 상기 음극 활물질층의 총 중량에 대하여, 0.001 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.In the negative electrode for a secondary battery according to an exemplary embodiment, the secondary battery binder may be included in an amount of 0.001 to 2% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer.
또한, 예시적인 실시예에 따르는 이차 전지는 리륨 금속 산화물을 포함하는 양극; 및 상기 양극을 대향하여 배치되며 예시적인 실시예에 따르는 음극을 포함할 수 있다.In addition, a secondary battery according to an exemplary embodiment includes a positive electrode including lithium metal oxide; and a negative electrode disposed facing the positive electrode and according to an exemplary embodiment.
예시적인 실시예들에 따르면, 구조가 상이한 2 종의 반복단위를 포함하는 공중합체를 포함하는 이차 전지용 바인더가 포함되어, 초기 방전 유지율과 방전 용량과 같은 전극의 방전 특성이 향상될 수 있다. According to exemplary embodiments, a binder for a secondary battery including a copolymer including two types of repeating units having different structures is included, so that discharge characteristics of an electrode such as an initial discharge retention rate and discharge capacity may be improved.
또한, 상술한 바와 같은 이차 전지용 바인더가 포함되어 활물질의 부피팽창이 억제되고 전극 활물질의 탈락이 지연되며, 방전 용량 유지율과 같은 이차 전지용 전극의 수명 특성이 향상될 수 있다.In addition, since the binder for secondary batteries as described above is included, volume expansion of the active material is suppressed, detachment of the electrode active material is delayed, and life characteristics of the secondary battery electrode, such as discharge capacity retention rate, can be improved.
또한, 상술한 바와 같은 이차 전지용 바인더가 포함되어, 전극 활물질의 구조가 안정화되고 전극의 기계적 안정성이 향상될 수 있다.In addition, the structure of the electrode active material may be stabilized and the mechanical stability of the electrode may be improved by including the binder for a secondary battery as described above.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic plan view illustrating a secondary battery according to example embodiments.
2 is a schematic cross-sectional view illustrating a secondary battery according to example embodiments.
본 발명의 예시적인 실시예들은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 포함하는 이차 전지용 바인더를 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention provide a secondary battery binder including a copolymer having a repeating unit represented by Formula 1 below and a repeating unit represented by Formula 2 below.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1 중, R1 및 R2는 각각 수소, C1 내지 C5의 알킬기, 또는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are each hydrogen, a C1 to C5 alkyl group, or a C1 to C5 carboxylic acid group or carboxylic acid salt.
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2 중, X는 O, NH, 또는 CH2 중 하나이다.In Formula 2, X is one of O, NH, or CH 2 .
본 명세서에서 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.Unless otherwise defined herein, “copolymerization” may mean block copolymerization, random copolymerization, graft copolymerization, or alternating copolymerization, and “copolymer” means block copolymer, random copolymer, graft copolymer, or alternating copolymer. can mean synthesis.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 화학식 1의 R1은 C1 내지 C5의 알킬 기이고, 상기 화학식 1의 R2는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염일 수 있다. In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, R 1 in Formula 1 may be a C1 to C5 alkyl group, and R 2 in Formula 1 may be a C1 to C5 carboxylic acid group or a carboxylic acid salt.
상기 화학식 1에 C1 내지 C5의 알킬 기가 치환되어 추가적인 입체 장애가 유발될 수 있으며, C1 내지 C5의 알킬 기는 전극용 슬러리 내 바인더의 균일한 분산에 기여할 수 있다.Substituting C1 to C5 alkyl groups in Formula 1 may cause additional steric hindrance, and the C1 to C5 alkyl groups may contribute to uniform dispersion of the binder in the electrode slurry.
또한, 상기 화학식 1에 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염이 치환되어 극성 상호작용이 증가될 수 있으며, 예시적인 실시예에 따른 바인더의 접착성이 향상될 수 있다.In addition, polar interactions may be increased by substituting C1 to C5 carboxylic acid groups or carboxylic acid salts in Chemical Formula 1, and adhesiveness of the binder according to an exemplary embodiment may be improved.
예를 들면, 화학식 1에 치환된 카르복시산 기에 의하여 바인더 사이의 수소 결합이 증가될 수 있으며, 예시적인 실시예에 따른 바인더에 포함된 에테르 기와 카르복시산 기 사이에 인력이 작용될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에 따른 바인더에 포함된 둘 이상의 카르복시산 기 사이에서 이량체성 상호작용(dimeric interaction)이 성립될 수 있다.For example, hydrogen bonding between the binders may be increased by the carboxylic acid group substituted in Formula 1, and an attractive force may be acted between the ether group and the carboxylic acid group included in the binder according to an exemplary embodiment. In addition, a dimeric interaction may be established between two or more carboxylic acid groups included in the binder according to the exemplary embodiment.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 화학식 2의 X는 O이며, 상기 공중합체는 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)계 화합물일 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, X in Chemical Formula 2 is O, and the copolymer may be a polyetheretherketone-based compound.
또한, 상기 폴리에테르에테르케톤계 화합물은 하나 이상의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염을 포함할 수 있다. 폴리에테르에테르케톤계 화합물에 포함된 카르복시산 기 또는 카르복시산 염에 의하여, 폴리에테르에테르케톤계 화합물 사이의 상호작용이 증가될 수 있다. In addition, the polyether ether ketone-based compound may include one or more carboxylic acid groups or carboxylic acid salts. The interaction between the polyether ether ketone compounds may be increased by the carboxylic acid group or the carboxylic acid salt included in the polyether ether ketone compounds.
또한, 카르복시산 기 또는 카르복시산 염에 의한 극성 상호작용과 방향족 고리에 의한 무극성 상호작용이 고르게 발생하여 슬러리 조성물에 포함된 혼합물 사이의 상호작용이 증가될 수 있으며, 예시적인 일부 실시예에 따른 바인더의 분산성 및 접착성이 동시에 향상될 수 있다.In addition, polar interactions due to carboxylic acid groups or carboxylic acid salts and non-polar interactions due to aromatic rings occur evenly, so that interactions between mixtures included in the slurry composition may be increased, and the binder component according to some exemplary embodiments Acidity and adhesiveness can be improved simultaneously.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위의 개수에 대하여, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위의 개수의 비가 0.5 내지 1일 수 있고, 0.6 내지 0.9인 것이 더욱 바람직하다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, the ratio of the number of repeating units represented by Chemical Formula 2 to the number of repeating units represented by Chemical Formula 1 may be 0.5 to 1, or 0.6 to 0.9. it is more preferable
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위의 개수의 증가는 극성 상호작용의 증가에 기여할 수 있다. 또한, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위의 개수의 증가는 무극성 상호작용의 증가에 기여할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 반복단위의 개수의 비를 충족함으로써, 예시적인 실시예에 의한 극성 상호작용 및 무극성 상호작용의 발현이 균형적으로 추구될 수 있다. An increase in the number of repeating units represented by Chemical Formula 1 may contribute to an increase in polar interactions. In addition, an increase in the number of repeating units represented by Chemical Formula 2 may contribute to an increase in non-polar interactions. Therefore, by satisfying the ratio of the number of repeating units as described above, expression of polar interactions and nonpolar interactions according to exemplary embodiments can be pursued in a balanced manner.
그 결과, 예시적인 실시예에 따른 바인더의 접착성이 더욱 향상될 수 있으며, 예시적인 실시예에 따른 바인더와 상호작용하는 전극용 활물질의 탈락이 더욱 억제될 수 있다. 나아가, 예시적인 실시예에 따른 바인더를 포함하는 이차 전지용 전극의 수명 특성이 더욱 향상될 수 있다.As a result, adhesiveness of the binder according to the exemplary embodiment may be further improved, and detachment of the active material for an electrode interacting with the binder according to the exemplary embodiment may be further suppressed. Furthermore, lifespan characteristics of the secondary battery electrode including the binder according to the exemplary embodiment may be further improved.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 공중합체는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.In the binder for a secondary battery according to some exemplary embodiments, the copolymer is represented by the following formula (3) can
[화학식 3][Formula 3]
화학식 3 중, R1은 C1 내지 C5의 알킬기이고, R2는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염이고, n은 1 내지 1000 사이의 정수일 수 있다. 카르복시산 염은 알칼리 염일 수 있으며, 리튬 염, 소튬 염, 또는 칼륨 염일 수 있다.In Formula 3, R 1 is a C1 to C5 alkyl group, R 2 is a C1 to C5 carboxylic acid group or a carboxylic acid salt, and n may be an integer between 1 and 1000. The carboxylic acid salt may be an alkali salt, and may be a lithium salt, sodium salt, or potassium salt.
상기 화학식 3으로 표시되는 공중합체에 포함된 비스페놀 모이어티 및 벤조페논 모이어티는 모두 대칭적인 구조를 가지며, 비스페놀 모이어티 및 벤조페논 모이어티에 포함된 방향족 고리는 각각 무극성을 나타내게 된다. Both the bisphenol moiety and the benzophenone moiety included in the copolymer represented by Formula 3 have a symmetrical structure, and the aromatic rings included in the bisphenol moiety and the benzophenone moiety each exhibit nonpolarity.
따라서, 상기 화학식 3으로 표시되는 공중합체가 이차 전지용 바인더에 포함됨으로써, 극성 상호작용 및 무극성 상호작용의 균형적인 추구가 가능하며, 전극용 슬러리의 혼합의 균일성이 증가될 수 있다.Therefore, by including the copolymer represented by Chemical Formula 3 in the binder for a secondary battery, it is possible to pursue a balanced polar interaction and non-polar interaction, and the uniformity of mixing of the electrode slurry can be increased.
예시적인 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 상기 공중합체의 분자량은 1,000 내지 700,000 g/mol일 수 있다. 상술한 범위의 분자량을 충족함으로써, 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더의 혼합 용이성 및 접착성의 균형적인 추구가 가능하다.In the secondary battery binder according to exemplary embodiments, the copolymer may have a molecular weight of 1,000 to 700,000 g/mol. By satisfying the above-mentioned range of molecular weight, it is possible to pursue a balanced pursuit of mixing ease and adhesiveness of the secondary battery binder according to exemplary embodiments.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더는 스티렌-부타디엔고무(styrene butadiene rubber, SBR), 폴리비닐알코올 (poly vinyl alcohol), 폴리아크릴산(poly acrylic acid, PAA), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC), 히드록시프로필셀룰로오스(Hydroxypropylcellulose) 및 디아세틸셀룰로오스 (diacetylcellulose) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 상술한 화합물을 1종 이상 더 포함함으로써, 바인더의 혼합성이 향상되며 방전 용량 및 초기 충방전 효율과 같은 전극의 방전 특성이 더욱 향상될 수 있다.A binder for a secondary battery according to some exemplary embodiments includes styrene butadiene rubber (SBR), polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (PAA), carboxymethyl cellulose, CMC), hydroxypropyl cellulose (Hydroxypropylcellulose), and diacetyl cellulose (diacetylcellulose) may further include one or more. By further including one or more of the above-mentioned compounds, mixing properties of the binder may be improved and discharge characteristics of the electrode such as discharge capacity and initial charge/discharge efficiency may be further improved.
예시적인 일부 실시예들에 따른 이차 전지용 바인더에 있어서, 이차 전지용 바인더 총 중량에 대하여, 상기 공중합체는 30 중량% 이상으로 포함될 수 있다. 상술한 수치범위를 충족함으로써, 바인더의 접착성이 더욱 향상되며 방전 용량 유지율과 같은 전극의 수명 특성이 더욱 향상될 수 있다.In the secondary battery binder according to some exemplary embodiments, the copolymer may be included in an amount of 30% by weight or more with respect to the total weight of the secondary battery binder. By satisfying the above numerical range, the adhesion of the binder may be further improved and life characteristics of the electrode such as discharge capacity retention may be further improved.
또한, 예시적인 실시예에 따른 바인더를 포함하는 전극은 음극일 수 있다. 예시적인 실시예에 따르는 이차 전지용 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 형성되며 예시적인 실시예에 따른 각 이차 전지용 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층을 포함할 수 있다.Also, an electrode including a binder according to an exemplary embodiment may be a negative electrode. A negative electrode for a secondary battery according to an exemplary embodiment may include a negative electrode current collector and a negative active material layer formed on the negative electrode current collector and including a binder for each secondary battery and a negative electrode active material according to an exemplary embodiment.
또한, 음극 집전체는 금, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다.In addition, the anode current collector may include gold, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, copper, or an alloy thereof, and preferably may include copper or a copper alloy.
예시적인 실시예에 있어서, 음극 활성을 제공하는 물질로서 탄소계 활물질 및/또는 실리콘계 활물질이 제공될 수 있다. In an exemplary embodiment, a carbon-based active material and/or a silicon-based active material may be provided as a material providing negative electrode activity.
예를 들면, 실리콘계 활물질은 실리콘 금속, 결정질 실리콘 산화물, 또는 비정질 실리콘 산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 실리콘계 활물질은 실록산으로부터 유래된 것일 수 있다.For example, the silicon-based active material may include at least one of silicon metal, crystalline silicon oxide, and amorphous silicon oxide. In addition, the silicon-based active material may be derived from siloxane.
예를 들면, 흑연계 활물질은 결정질 탄소계 물질 또는 비정질 탄소계 물질 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 탄소계 활물질은 인조 흑연 및/또는 천연 흑연으로부터 유래된 것일 수 있다.For example, the graphite-based active material may include at least one of a crystalline carbon-based material and an amorphous carbon-based material. Also, the carbon-based active material may be derived from artificial graphite and/or natural graphite.
일부 실시예들에 있어서, 탄소계 활물질은 인조 흑연을 포함할 수 있다. 인조 흑연은 천연 흑연에 비하여 용량이 작을 수 있으나, 상대적으로 높은 화학적, 열적 안정성을 가질 수 있다. In some embodiments, the carbon-based active material may include artificial graphite. Artificial graphite may have a smaller capacity than natural graphite, but may have relatively high chemical and thermal stability.
일부 실시예들에 있어서, 탄소계 활물질은 비정질 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 비정질 탄소계 물질의 예시로서, 글루코스, 프락토스, 갈락토오스, 말토오스, 락토오스, 수크로스, 페놀계 수지, 나프탈렌 수지, 폴리비닐알콜 수지, 우레탄수지, 폴리이미드 수지, 퓨란 수지, 셀룰로오스 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지, 레조시놀계 수지, 플로로글루시놀계 수지, 석탄계 피치, 석유계 피치, 타르(tar) 및 저분자량의 중질유 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로부터 유래된 탄소계 화합물이 고려될 수 있다. In some embodiments, the carbon-based active material may include an amorphous carbon-based material. Examples of the amorphous carbon-based material include glucose, fructose, galactose, maltose, lactose, sucrose, phenolic resin, naphthalene resin, polyvinyl alcohol resin, urethane resin, polyimide resin, furan resin, cellulose resin, epoxy resin, Carbon derived from any one selected from the group consisting of polystyrene resin, resorcinol-based resin, phloroglucinol-based resin, coal-based pitch, petroleum-based pitch, tar, and low molecular weight heavy oil, or a mixture of two or more thereof based compounds can be considered.
예시적인 실시예에 따르는 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 이차 전지용 바인더는 상기 음극 활물질층의 총 중량에 대하여, 0.001 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. 상술한 수치 범위를 충족함으로써, 음극의 전기적 특성의 향상 및 물리-화학적 안정성 향상의 균형적인 추구가 가능하다.In the negative electrode for a secondary battery according to an exemplary embodiment, the secondary battery binder may be included in an amount of 0.001 to 2% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer. By satisfying the above numerical range, it is possible to pursue a well-balanced improvement in electrical properties and physical-chemical stability of the negative electrode.
또한, 예시적인 실시예에 따르는 이차 전지는 리륨 금속 산화물을 포함하는 양극; 및 상기 양극을 대향하여 배치되며 예시적인 실시예에 따르는 음극을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르는 이차 전지 및 양극 등은 첨부된 도면에 기초하여 설명한다.In addition, a secondary battery according to an exemplary embodiment includes a positive electrode including lithium metal oxide; and a negative electrode disposed facing the positive electrode and according to an exemplary embodiment. Secondary batteries and positive electrodes according to exemplary embodiments will be described based on the accompanying drawings.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is merely an example and the present invention is not limited to the specific embodiments described as examples.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다. 예를 들면, 도 2은 도 1에 표시된 I-I' 라인을 따라 리튬 이차 전지의 두께 방향으로 절단한 단면도이다.1 and 2 are schematic plan views and cross-sectional views illustrating secondary batteries according to exemplary embodiments, respectively. For example, FIG. 2 is a cross-sectional view taken in the thickness direction of the lithium secondary battery along line II' shown in FIG. 1 .
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 이차 전지는 리튬 이차 전지로서 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 이차 전지는 전극 조립체(150) 및 전극 조립체(150)를 수용하는 케이스(160)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(150)는 양극(100), 음극(130) 및 분리막(140)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the secondary battery may be provided as a lithium secondary battery. According to example embodiments, the secondary battery may include an
양극(100)은 양극 집전체(105) 및 양극 집전체(105)의 적어도 일면 상에 형성된 양극 활물질층(110)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 양극 활물질층(110)은 양극 집전체(105)의 양면(예를 들면, 상면 및 하면) 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질층(110)은 양극 집전체(105)의 상면 및 저면 상에 각각 코팅될 수 있으며, 양극 집전체(105)의 표면 상에 직접 코팅될 수 있다.The
양극 집전체(105)는 예를 들면, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.The cathode
양극 활물질층(110)은 양극 활물질로서 리튬 금속 산화물을 포함하며, 예시적인 실시예들에 따르면 리튬(Li)-니켈(Ni)계 산화물을 포함할 수 있다.The cathode
일부 실시예들에 있어서, 양극 활물질층(110)에 포함되는 상기 리튬 금속 산화물은 하기의 화학식 4로 표시될 수 있다.In some embodiments, the lithium metal oxide included in the positive electrode
[화학식 4][Formula 4]
Li1+aNi1-(x+y)CoxMyO2 Li 1+a Ni 1-(x+y) Co x M y O 2
상기 화학식 4 중, -0.05≤α≤0.15, 0.01≤x≤0.2, 0≤y≤0.2이고 M은 Mg, Sr, Ba, B, Al, Si, Mn, Ti, Zr, W로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 0.01≤x≤0.20, 0.01≤y≤0.15 일 수 있다.In Formula 4, -0.05≤α≤0.15, 0.01≤x≤0.2, 0≤y≤0.2 and M is selected from the group consisting of Mg, Sr, Ba, B, Al, Si, Mn, Ti, Zr, and W It may be one or more elements. In one embodiment, it may be 0.01≤x≤0.20 and 0.01≤y≤0.15.
바람직하게는, 화학식 4 중, M은 망간(Mn)일 수 있다. 이 경우, 니켈-코발트-망간(NCM) 계 리튬 산화물이 상기 양극 활물질로 사용될 수 있다. Preferably, in Formula 4, M may be manganese (Mn). In this case, nickel-cobalt-manganese (NCM)-based lithium oxide may be used as the cathode active material.
예를 들면, 니켈(Ni)은 리튬 이차 전지의 용량과 연관된 금속으로 제공될 수 있다. 니켈의 함량이 높을수록 리튬 이차 전지의 용량이 향상될 수 있으나, 니켈의 함량이 지나치게 증가하는 경우 수명이 저하되며 기계적, 전기적 안정성 측면에서 불리할 수 있다. 예를 들면, 코발트(Co)는 리튬 이차 전지의 전도성 또는 저항 및 출력과 연관된 금속일 수 있다. 일 실시예에 있어서, M은 망간(Mn)을 포함하며, Mn은 리튬 이차 전지의 기계적, 전기적 안정성과 관련된 금속으로 제공될 수 있다.For example, nickel (Ni) may be provided as a metal related to the capacity of a lithium secondary battery. The higher the nickel content, the higher the capacity of the lithium secondary battery. However, when the nickel content is excessively increased, the lifespan is reduced and mechanical and electrical stability may be disadvantageous. For example, cobalt (Co) may be a metal associated with conductivity or resistance and output of a lithium secondary battery. In one embodiment, M includes manganese (Mn), and Mn may be provided as a metal related to mechanical and electrical stability of the lithium secondary battery.
상술한 니켈, 코발트 및 망간의 상호 작용을 통해 양극 활물질층(110)로부터 용량, 출력, 저저항 및 수명 안정성이 함께 향상될 수 있다.Capacity, output, low resistance, and lifetime stability of the cathode
예를 들면, 양극 활물질을 용매 내에서 양극용 바인더, 도전재 및/또는 분산재 등과 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조할 수 있다. 상기 슬러리를 양극 집전체(105) 상에 코팅한 후, 압축 및 건조하여 양극 활물질층(110)을 형성할 수 있다.For example, a slurry may be prepared by mixing and stirring the positive electrode active material with a positive electrode binder, a conductive material, and/or a dispersant in a solvent. After the slurry is coated on the cathode
상기 양극용 바인더는, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 등의 유기계 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 포함할 수 있으며, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용될 수 있다. The binder for the positive electrode, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidenefluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl An organic binder such as methacrylate (polymethylmethacrylate) or an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR) may be included, and may be used together with a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC).
예를 들면, 양극용 바인더로서 PVDF 계열 바인더를 사용할 수 있다. 이 경우, 양극 활물질층(110) 형성을 위한 양극용 바인더의 양을 감소시키고 상대적으로 양극 활물질 또는 리튬 금속 산화물 입자들의 양을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 이차 전지의 출력, 용량을 향상시킬 수 있다.For example, a PVDF-based binder may be used as a binder for the positive electrode. In this case, it is possible to reduce the amount of the positive electrode binder for forming the positive electrode
상기 도전재는 활물질 입자들 사이의 전자 이동을 촉진하기 위해 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전재는 흑연, 카본 블랙, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등과 같은 탄소계열 도전재 및/또는 주석, 산화주석, 산화티타늄, LaSrCoO3, LaSrMnO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 물질 등을 포함하는 금속 계열 도전재를 포함할 수 있다.The conductive material may be included to promote electron movement between active material particles. For example, the conductive material may be a carbon-based conductive material such as graphite, carbon black, graphene, or carbon nanotube and/or a perovskite material such as tin, tin oxide, titanium oxide, LaSrCoO 3 , or LaSrMnO 3 . It may include a metal-based conductive material including the like.
일부 실시예들에 있어서, 양극(100)의 전극 밀도는 3.0 내지 3.9g/cc일 수 있으며, 바람직하게는 3.2 내지 3.8g/cc일 수 있다.In some embodiments, the electrode density of the
음극(130)은 음극 집전체(125) 및 음극 집전체(125)의 적어도 일면 상에 형성된 음극 활물질 층(120)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 음극 활물질 층(120)은 음극 집전체(125)의 양면(예를 들면, 상면 및 하면) 상에 형성될 수 있다. 음극 활물질 층(120)은 음극 집전체(125)의 상면 및 저면 상에 각각 코팅될 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질 층(120)은 음극 집전체(125)의 표면 상에 직접 접촉할 수 있다.The
예시적인 실시예에 따르는 음극 집전체(125) 및 음극 활물질 층(120)은 전술한 바와 같다.The anode
예를 들면, 음극 활물질을 용매 내에서 예시적인 실시예에 따른 이차 전지용 바인더, 도전재 및/또는 분산재 등과 혼합 및 교반하여 음극 슬러리를 제조할 수 있다. 상기 음극 슬러리를 음극 집전체(125) 상에 도포(코팅)한 후, 압축(압연) 및 건조하여 음극 활물질 층(120)을 형성할 수 있다.For example, an anode slurry may be prepared by mixing and stirring the anode active material with a binder for a secondary battery, a conductive material, and/or a dispersant according to an exemplary embodiment in a solvent. The negative
상기 도전재로서 양극(100) 형성을 위해 사용된 물질들과 실질적으로 동일하거나 유사한 물질들이 사용될 수 있다. As the conductive material, materials substantially the same as or similar to materials used for forming the
예시적인 실시예들에 있어서, 음극 활물질 층(120)의 충전 밀도는 1.4 내지 1.9 g/cc 일 수 있다.In example embodiments, a packing density of the negative electrode
일부 실시예들에 있어서, 음극(130)의 면적(예를 들면, 분리막(140)과 접촉 면적) 및/또는 부피는 양극(100)보다 클 수 있다. 이에 따라, 양극(100)으로부터 생성된 리튬 이온이 예를 들면, 중간에 석출되지 않고 음극(130)으로 원활히 이동되어 출력, 용량 특성을 보다 향상시킬 수 있다.In some embodiments, an area (eg, a contact area with the separator 140 ) and/or a volume of the
양극(100) 및 음극(130) 사이에는 분리막(140)이 개재될 수 있다. 분리막(140)은 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 포함할 수 있다. 상기 분리막은 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 형성된 부직포를 포함할 수도 있다.A
분리막(140)은 양극(100) 및 음극(130) 사이에서 상기 제2 방향으로 연장하며, 상기 리튬 이차 전지의 두께 방향을 따라 폴딩되어 권취될 수 있다. 이에 따라, 분리막(140)을 통해 복수의 양극들(100) 및 음극들(130)이 상기 두께 방향으로 적층될 수 있다. The
예시적인 실시예들에 따르면, 양극(100), 음극(130) 및 분리막(140)에 의해 전극 셀이 정의되며, 복수의 전극 셀들이 적층되어 예를 들면, 젤리 롤(jelly roll) 형태의 전극 조립체(150)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 분리막(140)의 권취(winding), 적층(lamination), 접음(folding) 등을 통해 전극 조립체(150)를 형성할 수 있다.According to exemplary embodiments, an electrode cell is defined by the
전극 조립체(150)는 케이스(160) 내에 수용되며, 전해질이 함께 케이스(160)내로 주입될 수 있다. 케이스(160)는 예를 들면, 파우치(pouch), 캔 등을 포함할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 전해질로서 비수 전해액을 사용할 수 있다.According to exemplary embodiments, a non-aqueous electrolyte may be used as the electrolyte.
비수 전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함하며, 상기 리튬염은 예를 들면 Li+X-로 표현되며 상기 리튬염의 음이온(X-)으로서 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.The non-aqueous electrolyte includes a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent, and the lithium salt is expressed as, for example, Li + X - , and as an anion (X - ) of the lithium salt, F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , ( CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - can be exemplified.
상기 유기 용매로서 예를 들면, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.As the organic solvent, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC ), methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran, etc. may be used. . These may be used alone or in combination of two or more.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 전극 셀에 속한 양극 집전체(105) 및 음극 집전체(125)로부터 각각 전극 탭(양극 탭 및 음극 탭)이 돌출되어 외장 케이스(160)의 일 측부까지 연장될 수 있다. 상기 전극 탭들은 외장 케이스(160)의 상기 일측부와 함께 융착되어 외장 케이스(160)의 외부로 연장 또는 노출된 전극 리드(양극 리드(107) 및 음극 리드(127))와 연결될 수 있다. As shown in FIG. 2 , electrode tabs (anode tab and cathode tab) protrude from the cathode
도 1에서는 양극 리드(107) 및 음극 리드(127)가 리튬 이차 전치 또는 외장 케이스(160)의 동일한 측부에 형성되는 것으로 도시되었으나, 서로 반대 측부에 형성될 수도 있다.In FIG. 1 , the
예를 들면, 양극 리드(107)는 외장 케이스(160)의 일 측부에 형성되며, 음극 리드(127)는 외장 케이스(160)의 상기 타 측부에 형성될 수 있다.For example, the
리튬 이차 전지는 예를 들면, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등으로 제조될 수 있다.The lithium secondary battery may be manufactured in a cylindrical shape, a prismatic shape, a pouch shape, or a coin shape using a can, for example.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, experimental examples including specific examples and comparative examples are presented to aid understanding of the present invention, but these are only illustrative of the present invention and do not limit the scope of the appended claims, and the scope and technical spirit of the present invention It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications to the embodiments are possible within the scope, and it is natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended claims.
제조예manufacturing example
제조예 1 Preparation Example 1
DMF 용매에 1당량의 비스페놀계 화합물(4,4-bis(4-hydroxyphenyl)pentanoic acid), 0.5 당량의 벤조페논계 화합물(bis(4-fluorophenyl)methanone), 및 pH 조절제(potassium carbonate)를 혼합하여 준비한다. DMF가 환류되도록 가열하면서, 벤조페논계 화합물이 TLC 상에서 확인되지 않을 때까지 교반을 지속하였다.Mix 1 equivalent of a bisphenol-based compound (4,4-bis(4-hydroxyphenyl)pentanoic acid), 0.5 equivalent of a benzophenone-based compound (bis(4-fluorophenyl)methanone), and a pH adjusting agent (potassium carbonate) in a DMF solvent prepare by While heating DMF to reflux, stirring was continued until no benzophenone-based compounds were identified on TLC.
TLC 상에서 벤조페논계 화합물이 검출되지 않는 것을 확인하고, 혼합물을 물에 용해시키고 황산을 사용하여 수용액의 pH를 2로 조정했다. 고체가 침전되면 상층의 용제를 제거한다. 남은 고체를 열풍으로 건조하여 고형분의 바인더를 얻었다. After confirming that no benzophenone-based compound was detected on TLC, the mixture was dissolved in water and the pH of the aqueous solution was adjusted to 2 using sulfuric acid. When solids precipitate, the upper layer of solvent is removed. The remaining solid was dried with hot air to obtain a solid binder.
GPC로 측정한 바인더의 중량 평균 분자량(Mw)는 5,800이었다. 구체적인 반응식은 하기 반응식 1과 같이 도시될 수 있다.The weight average molecular weight (Mw) of the binder measured by GPC was 5,800. A specific reaction scheme may be shown as shown in Reaction Scheme 1 below.
[반응식 1][Scheme 1]
제조예 2 내지 5 Preparation Examples 2 to 5
제조예 1과 동일하게 제조하되, 벤조페논계 화합물의 당량(eq)을 하기 표 1과 같이 조절하였다. 그 결과 수득된 바인더의 중량 평균 분자량(Mw)은 하기 표 1과 같다.It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the equivalent weight (eq) of the benzophenone-based compound was adjusted as shown in Table 1 below. The weight average molecular weight (M w ) of the binder obtained as a result is shown in Table 1 below.
제조예 6 Preparation Example 6
제조예 1의 바인더, 스티렌-부타디엔 고무 바인더 입자(SBR), 및 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC)을 1:1:1의 중량비로 혼합하여 혼합 바인더를 제조하였다.A mixed binder was prepared by mixing the binder of Preparation Example 1, styrene-butadiene rubber binder particles (SBR), and carboxymethylcellulose (CMC) in a weight ratio of 1:1:1.
제조예 7 Preparation Example 7
스티렌-부타디엔 고무 바인더(SBR)및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 1:1의 중량비로 혼합하여 혼합 바인더를 제조하였다.A mixed binder was prepared by mixing a styrene-butadiene rubber binder (SBR) and carboxymethylcellulose (CMC) in a weight ratio of 1:1.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
인조흑연 98 중량부와 및 제조예의 바인더 2 중량부를 각각 혼합하여 총 100 중량부의 슬러리를 제조하였다. 실시예 1 내지 6의 음극에는 각각 제조예 1 내지 6의 바인더가 포함되었으며, 비교예 1의 음극에는 제조예 7의 바인더가 포함되었다.A total of 100 parts by weight of a slurry was prepared by mixing 98 parts by weight of artificial graphite and 2 parts by weight of the binder of Preparation Example, respectively. The negative electrodes of Examples 1 to 6 each contained the binders of Preparation Examples 1 to 6, and the negative electrode of Comparative Example 1 contained the binder of Preparation Example 7.
상기 슬러리를 구리 호일에 도포 및 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 같은 로딩 레벨 및 충전 밀도를 갖도록 실시예 및 비교예의 음극을 제조하였다. 각 실시예 및 비교예에 따른 음극의 로딩 레벨은 13 mg/cm2이었으며, 충전 밀도는 1.65 g/cc였다.The slurry was applied to copper foil, dried, and subjected to a roll press to prepare negative electrodes of Examples and Comparative Examples to have the same loading level and packing density. The loading level of the negative electrode according to each Example and Comparative Example was 13 mg/cm 2 , and the packing density was 1.65 g/cc.
실험예Experimental example
전지의 특성을 평가하기 위하여, 다음과 같이 리튬 이차 전지를 제조하였다. 상술한 각 실시예 및 비교예에 따른 음극, 리튬 대극, 및 두께 20㎛의 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터 Celgard 2500를 사용하여 압축하고, 내부에 전해액을 주입하여 코인형의 전지를 제조하였다. In order to evaluate the characteristics of the battery, a lithium secondary battery was prepared as follows. A negative electrode, a lithium counter electrode, and a separator made of polyethylene having a thickness of 20 μm, Celgard 2500 according to each of the above-described Examples and Comparative Examples were compressed, and an electrolyte solution was injected therein to prepare a coin-type battery.
상기 전해액의 용매로서 에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸 카보네이트(DEC)가 30 대 70의 체적 비율로 혼합된 용매(EC:DEC=30v%:70v%)가 사용되었으며, 상기 용매에 전해질로서 1.3M의 LiPF6가 첨가되었다. 또한, 전해액 총 100 중량부에 대하여 첨가제로 5중량부의 플루오로에틸렌카보네이트(FEC)가 사용되었다.As the solvent of the electrolyte solution, a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of 30:70 (EC:DEC=30v%:70v%) was used, and 1.3M of the electrolyte was added to the solvent. of LiPF 6 was added. In addition, 5 parts by weight of fluoroethylene carbonate (FEC) was used as an additive based on 100 parts by weight of the total electrolyte solution.
1. 음극의 접착성 평가1. Evaluation of adhesion of cathode
만능시험기를 이용하여 구리 호일 위에 형성된 음극 활물질층을 테잎에 부착한 후, 180° peel 및 50mm/min의 속도로 음극을 벗김으로써, 각 실시예 및 비교예에 따른 음극의 접착성을 평가하였다. 평가 결과는 하기 표 2와 같다.After attaching the negative electrode active material layer formed on the copper foil to the tape using a universal tester, the negative electrode was peeled at a rate of 180 ° peel and 50 mm / min to evaluate the adhesion of the negative electrode according to each Example and Comparative Example. The evaluation results are shown in Table 2 below.
2. 음극의 크랙 평가2. Crack evaluation of cathode
실시예 및 비교예에 따른 각 음극을 전후로 한번씩 접은 이후 크랙의 발생 여부 및 핀홀의 유무를 관찰하였다. 구체적인 평가 기준은 아래와 같다.After each negative electrode according to Examples and Comparative Examples was folded back and forth once, occurrence of cracks and presence or absence of pinholes were observed. The specific evaluation criteria are as follows.
<평가 기준><Evaluation Criteria>
◎ : 크랙이 발생하지 않았으며 슬리팅(slitting)시 활물질의 탈락이 없음◎: No cracks occurred and no dropout of active material during slitting
○ : 크랙이 발생하지 않았음○: No cracks occurred
△ : 핀홀이 발생했음△: A pinhole occurred
X : 크랙 발생X: Cracks
(gf/cm)adhesive strength
(gf/cm)
3. 이차 전지의 충방전 특성 평가3. Evaluation of charge and discharge characteristics of secondary batteries
상기 실시예 및 비교예의 각 음극을 포함하는 이차 전지에 대하여, 0.05C로 1회 충방전을 실시하여 충전 용량, 방전 용량 및 초기 효율을 각각 측정하였다. 평가 결과는 하기 표 3과 같다.The secondary batteries including the negative electrodes of Examples and Comparative Examples were charged and discharged once at 0.05 C to measure charge capacity, discharge capacity, and initial efficiency, respectively. The evaluation results are shown in Table 3 below.
4. 이차 전지의 수명 특성 평가4. Evaluation of Life Characteristics of Secondary Batteries
상기 실시예 및 비교예의 각 음극을 포함하는 이차 전지에 대하여, 0.01V 내지 2V 사이에서 0.1C↔0.1C(1회 충방전)의 조건으로 충방전을 실시하여 수명 특성을 평가하였다. With respect to the secondary batteries including the negative electrodes of Examples and Comparative Examples, life characteristics were evaluated by performing charging and discharging under a condition of 0.1C ↔ 0.1C (one charge and discharge) between 0.01V and 2V.
방전 용량 유지율을 기초로 수명 특성이 평가되었다. 방전 용량 유지율(30th/1st)은 30 사이클의 방전 용량을 초기 방전 용량과 대비하여 % 비율로 나타낸 지표이다. 평가 결과는 하기 표 3과 같다.Life characteristics were evaluated based on the discharge capacity retention rate. The discharge capacity retention rate (30 th /1 st ) is an index expressed as a percentage of the discharge capacity of 30 cycles compared to the initial discharge capacity. The evaluation results are shown in Table 3 below.
(mAh/g)charge capacity
(mAh/g)
상기 표1 내지 표 3을 참조하면, 예시적인 실시예에 따르는 음극은 외력에 대한 안정성이 뛰어나며, 충방전 특성 및 수명 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Tables 1 to 3, it can be seen that the negative electrodes according to the exemplary embodiments have excellent stability against external force, and excellent charge/discharge characteristics and lifespan characteristics.
표 3을 참조하면, 실시에 2 내지 6에 따른 각 음극의 방전 용량은 약 3100 mAh/g을 상회하는 것으로 나타났다. Referring to Table 3, the discharge capacity of each negative electrode according to Examples 2 to 6 was found to exceed about 3100 mAh/g.
표 3을 참조하면, 실시예에 따르는 각 음극의 초기 충방전 효율은 89%를 상회하며, 실시예 3, 4, 및 6에 따른 음극의 초기 충방전 효율은 90%를 상회하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시에 2 내지 5에 따른 음극의 방전 용량의 유지율은 85%를 상회하며, 실시예 5에 따르는 음극의 방전 용량의 유지율은 88%를 상회하는 것으로 나타났다.Referring to Table 3, it can be seen that the initial charge/discharge efficiency of each negative electrode according to Examples exceeds 89%, and the initial charge/discharge efficiency of negative electrodes according to Examples 3, 4, and 6 exceeds 90%. . In addition, the discharge capacity retention rate of the negative electrode according to Examples 2 to 5 exceeded 85%, and the discharge capacity retention rate of the negative electrode according to Example 5 exceeded 88%.
예시적인 실시예에 따르는 각 음극의 평가 결과를 종합하면, 각 음극의 초기 충방전 효율 및 방전 용량 유지율이 동시에 개선되며, 음극의 충방전 특성 및 수명 특성이 향상된 것으로 평가되었다.Summarizing the evaluation results of each negative electrode according to the exemplary embodiment, it was evaluated that the initial charge/discharge efficiency and discharge capacity retention rate of each negative electrode were simultaneously improved, and the charge/discharge characteristics and lifespan characteristics of the negative electrode were improved.
100: 양극
105: 양극 집전체
110: 양극 활물질층
120: 음극 활물질 층
125: 음극 집전체
130: 음극
140: 분리막
150: 전극 조립체
160: 케이스100: positive electrode 105: positive electrode current collector
110: positive active material layer 120: negative active material layer
125: negative electrode current collector 130: negative electrode
140: separator 150: electrode assembly
160: case
Claims (11)
[화학식 1]
(화학식 1 중, R1 및 R2는 각각 수소, C1 내지 C5의 알킬기, 또는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염임)
[화학식 2]
(화학식 2 중, X는 O, NH, 또는 CH2 중 하나임)A secondary battery binder comprising a copolymer having a repeating unit represented by Formula 1 below and a repeating unit represented by Formula 2 below:
[Formula 1]
(In Formula 1, R 1 and R 2 are each hydrogen, a C1 to C5 alkyl group, or a C1 to C5 carboxylic acid group or carboxylic acid salt)
[Formula 2]
(In Formula 2, X is one of O, NH, or CH 2 )
[화학식 3]
(화학식 3 중, R1은 C1 내지 C5의 알킬기이고, R2는 C1 내지 C5의 카르복시산 기 또는 카르복시산 염이고, n은 1 내지 1000 사이의 정수임).The secondary battery binder according to claim 1, wherein the copolymer is represented by Formula 3 below:
[Formula 3]
(In Formula 3, R 1 is a C1 to C5 alkyl group, R 2 is a C1 to C5 carboxylic acid group or carboxylic acid salt, and n is an integer between 1 and 1000).
상기 양극을 대향하여 배치되며 상기 청구항 8에 따르는 음극을 포함하는, 이차 전지.
an anode containing lithium metal oxide; and
A secondary battery comprising a negative electrode according to claim 8 disposed to face the positive electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210117248A KR20230034090A (en) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210117248A KR20230034090A (en) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230034090A true KR20230034090A (en) | 2023-03-09 |
Family
ID=85511456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210117248A KR20230034090A (en) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230034090A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101320381B1 (en) | 2012-02-16 | 2013-10-23 | 주식회사 엘지화학 | Lithium Secondary Battery Having an Anode containing Aqueous Binder |
-
2021
- 2021-09-02 KR KR1020210117248A patent/KR20230034090A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101320381B1 (en) | 2012-02-16 | 2013-10-23 | 주식회사 엘지화학 | Lithium Secondary Battery Having an Anode containing Aqueous Binder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20170059245A (en) | Electrode composite separator assembly for lithium battery and lithium battery including the same | |
| KR102564970B1 (en) | Negative electrode and secondary battery comprising the same | |
| US11710829B2 (en) | Method and system for water based phenolic binders for silicon-dominant anodes | |
| CN115336041A (en) | Secondary battery | |
| CN112840480B (en) | Negative electrode and lithium secondary battery comprising same | |
| KR20220150842A (en) | Positive electrode for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery comprising the same | |
| KR20220109700A (en) | Negative electrode and secondary battery comprising the same | |
| KR20210020759A (en) | Anode binder for lithium secondary battery, anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same | |
| KR20210153997A (en) | Negative electrode and secondary battery comprising the same | |
| US20230369655A1 (en) | Electrode Assembly and Battery Cell Including the Same | |
| KR102024898B1 (en) | Separator and lithium battery comprising the same | |
| CN114051666B (en) | Method for manufacturing secondary battery | |
| KR20230034090A (en) | Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same | |
| KR20210084277A (en) | Binder composition for negative electrode, negative electrode and secondary battery | |
| KR20220125482A (en) | Lithium secondary battery | |
| KR20230034091A (en) | Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same | |
| US20140023900A1 (en) | Secondary battery | |
| KR20210056165A (en) | Negative electrode and secondary battery comprising the same | |
| KR20230039038A (en) | Binder for secondary battery, anode for secondary battery comprising the same and secondary battery comprising the same | |
| KR102657168B1 (en) | Binder for secondary battery electrode, anode for secondary battery inclduing the same and secondary battery including the same | |
| KR102552695B1 (en) | Binder resin for electrode of secondary battery, anode for secondary battery and secondary battery | |
| KR20210015260A (en) | Negative electrode and secondary battery comprising the same | |
| KR102491619B1 (en) | Anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same | |
| KR102598513B1 (en) | Binder resin for electrode of secondary battery, anode for secondary battery and secondary battery | |
| KR20190143256A (en) | Si Anode and Lithium Secondary Battery Comprising The Same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |