KR20230098403A - Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same - Google Patents

Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20230098403A
KR20230098403A KR1020210187011A KR20210187011A KR20230098403A KR 20230098403 A KR20230098403 A KR 20230098403A KR 1020210187011 A KR1020210187011 A KR 1020210187011A KR 20210187011 A KR20210187011 A KR 20210187011A KR 20230098403 A KR20230098403 A KR 20230098403A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fibrin
water
soluble binder
secondary battery
negative electrode
Prior art date
Application number
KR1020210187011A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김동완
김웅주
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020210187011A priority Critical patent/KR20230098403A/en
Publication of KR20230098403A publication Critical patent/KR20230098403A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 피브린 바인더를 포함하는 이차전지의 음극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체 분자를 이용한 수계 바인더를 이용하여 친환경적이고 높은 효율을 갖는 이차전지 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery negative electrode containing a fibrin binder and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an eco-friendly and highly efficient secondary battery negative electrode using a water-based binder using biomolecules and a method for manufacturing the same.

Description

수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극 및 그 제조방법{Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same}Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same}

본 발명은 수용성 바인더를 포함하는 이차전지의 음극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피브린을 포함한 수용성 바인더를 이용하여 친환경적이고 높은 효율을 갖는 이차전지용 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery containing a water-soluble binder and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a negative electrode for a secondary battery having an eco-friendly and high efficiency using a water-soluble binder including fibrin and a method for manufacturing the same.

최근 전자 제품을 더 작게 만들기 위한 기술이 주목을 받고 있고 이에 따라 더 높은 에너지 밀도를 가지는 리튬 이온 베터리(LIB)에 대한 수요가 높아지고 있다. 리튬 이온 베터리에서 실리콘은 상용 흑연에 비하여 탁월한 저장 용량을 가져 음극 재료로 오랫동안 주목받아 왔다. 그러나 사이클링 동안 실리콘의 팽창에 의해 유발되는 급속한 파손은 실용적인 유용성을 제한하였다. 나노구조 및 기공공학을 통해 사용 가능한 자유 부피를 제공하거나 복합 재료를 제조하기 위해 표면 코팅을 통해 버퍼 매트릭스를 추가함으로써 실리콘 조작에 기반한 많은 경로가 제안되었다. 이러한 재료를 저렴한 비용으로 또는 대규모로 생산하는 것은 여전히 어려운 일이다.Recently, technology for making electronic products smaller has attracted attention, and accordingly, demand for lithium ion batteries (LIBs) having higher energy density is increasing. In lithium-ion batteries, silicon has been attracting attention as an anode material for a long time because of its superior storage capacity compared to commercial graphite. However, the rapid failure caused by the expansion of silicon during cycling has limited its practical usefulness. Many routes based on silicon engineering have been proposed, either by providing usable free volume through nanostructures and pore engineering, or by adding buffer matrices through surface coatings to fabricate composite materials. Producing these materials at low cost or on a large scale remains challenging.

현재 부상하고 있는 기술은 실리콘 분말과 호환되는 새로운 바인더를 활용하는 기술이다. 수산화된 극성 실리콘 표면(Si-OH)과 비극성 결합제(예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드) 사이의 약한 반 데르 발스 상호작용은 사이클 수명을 제한하는 요인 중 하나이다. 다당류, 비닐 폴리머, 자가 치유 폴리머 및 이들의 조합을 포함한 많은 극성 바인더는 사이클링 안정성을 향상시키는데 효과적인 것으로 입증되었다. 이들 결합제에 존재하는 극성 하이드록실기 및/또는 카르복실레이트 작용기는 실리콘 표면과 강한 수소 결합을 형성한다. 이것은 사이클링 동안 실리콘에서 발생하는 거대한 부피 변화를 견디는 전도성 네트워크와 실리콘 사이의 안정적인 연결을 가능하게 한다.An emerging technology is one that utilizes new binders that are compatible with silicon powder. The weak van der Waals interaction between the hydroxylated polar silicon surface (Si-OH) and the non-polar binder (e.g. polyvinylidene fluoride) is one of the limiting factors for cycle life. Many polar binders, including polysaccharides, vinyl polymers, self-healing polymers and combinations thereof, have proven effective in improving cycling stability. Polar hydroxyl groups and/or carboxylate functional groups present in these binders form strong hydrogen bonds with the silicon surface. This enables a stable connection between the silicon and the conductive network that withstands the huge volume changes that occur in the silicon during cycling.

분자간 상호 작용을 제어하는 것 외에도 바인더의 기계적 특성은 향상된 전기 화학적 성능을 위해 신중하게 설계해야 한다. 일반적으로 뻣뻣한 가교 결합제는 비가교 연질 결합제에 비해 더 나은 용량 유지를 나타낸다. 그 이유는 적절한 수준의 강성이 전극 무결성과 전기적 연결성을 유지할 수 있기 때문이다. 그러나 과도한 강성은 더 이상 사이클링 성능에 유리하지 않은 것으로 입증되었다. 딱딱한 바인더는 부피 면화에 의해 생성된 응력을 효과적으로 완화할 수 없기 때문이다. 따라서 바인더의 시간 의존적 기계적 응답을 제어하여 강성과 응력 완화 사이의 적절한 균형을 결항하는 것이 중요하다. 기계적 거동을 조절하기 위한 일반화되었지만 효과적인 접근에는 두 개의 서로 다른 결합제 혼합, 가교밀도 조정 또는 폴리머 사슬의 유연성 변경이 포함된다.In addition to controlling intermolecular interactions, the mechanical properties of binders must be carefully designed for improved electrochemical performance. In general, stiff crosslinkers exhibit better capacity retention compared to non-crosslinked soft binders. The reason is that an appropriate level of stiffness can maintain electrode integrity and electrical connectivity. However, excessive stiffness has proven to be no longer beneficial to cycling performance. This is because stiff binders cannot effectively relieve the stress created by bulk cotton. Therefore, it is important to control the time-dependent mechanical response of the binder to determine the proper balance between stiffness and stress relaxation. Generalized but effective approaches to control the mechanical behavior include mixing two different binders, adjusting the crosslink density or changing the flexibility of the polymer chains.

대한민국 공개특허 10-2016-0011587Republic of Korea Patent Publication 10-2016-0011587

본 발명의 목적은 수용성 바인더를 포함하는 이차 전지용 음극을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a negative electrode for a secondary battery including a water-soluble binder.

또한, 본 발명의 다른 목적은 수용성 바인더를 포함하는 이차 전지용 음극을 제조하는 방법을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery including a water-soluble binder.

본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 음극활물질; 도전재; 및 피브린을 포함하고, 3차원 구조를 가지고 상기 음극활물질과 도전재를 바인딩하는 수용성 바인더를 포함하는, 수용성 바인더를 포함하는 이차 전지용 음극을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, embodiments of the present invention are a negative electrode active material; conductive material; and a water-soluble binder including fibrin and having a three-dimensional structure and binding the negative electrode active material and the conductive material.

상기 음극활물질은, Si, Li, SiOx, Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, 및 As 중 적어도 어느 하나이거나; 또는 Si, Li, SiOx, Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, 및 As 중 적어도 어느 하나와 탄소물질의 복합체를 포함할 수 있다.The anode active material is at least one of Si, Li, SiO x , Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, and As; Alternatively, it may include a composite of at least one of Si, Li, SiO x , Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, and As and a carbon material.

상기 도전재는, 천연 흑연, 인조 흑연, 그래핀, 슈퍼피(super P), 슈퍼씨(super C)와 같은 흑연(graphite)계; 활성탄(active carbon)계; 덴카 블랙(denka black), 케첸 블랙(ketjen black), 채널 블랙(channel black), 퍼니스 블랙(furnace black), 써멀 블랙(thermal black), 컨택트 블랙(contact black), 램프 블랙(lamp black), 아세틸렌 블랙(acetylene black)과 같은 카본 블랙(carbon black)계; 탄소섬유(carbon fiber), 탄소나노튜브(CNT), 풀러렌(fullerene)과 같은 탄소나노구조체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The conductive material may include graphite-based materials such as natural graphite, artificial graphite, graphene, super P, and super C; activated carbon (active carbon) system; denka black, ketjen black, channel black, furnace black, thermal black, contact black, lamp black, acetylene carbon black systems such as acetylene black; carbon nanostructures such as carbon fibers, carbon nanotubes (CNTs), and fullerenes; And it may be one or more selected from the group consisting of combinations thereof.

상기 수용성 바인더는 10kPa 내지 70kPa의 저장계수(G')을 가지고, 1kPa 내지 20kPa의 손실계수(G")를 가질 수 있다.The water-soluble binder may have a storage coefficient (G′) of 10 kPa to 70 kPa and a loss coefficient (G″) of 1 kPa to 20 kPa.

상기 수용성 바인더는 104이하의 크리프 변형률(εc)을 가질 수 있다.The water-soluble binder may have a creep strain (εc) of 10 4 or less.

상기 수용성 바인더는 아마이드기(amide group), 카르복실기(carboxyl group), 하이드록실기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 라이신(lysine), 히스티딘(histidine), 아스파르트 산(aspartic acid), 트레오닌(threonine), 세린(serine), 글루탐 산(glutamic acid), 글리신(glycine), 아르기닌(arginine), 프롤린(proline), 알라닌(alanine), 발린(valine), 이소류신(isoleucine), 류신(leucine), 티로신(tyrosine) 및 페닐알라닌(phenylalanine) 중 적어도 어느 하나를 반응 사이트로 가지고, 상기 반응 사이트는 음극활물질과 수소 결합할 수 있다.The water-soluble binder includes an amide group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, lysine, histidine, aspartic acid, threonine ( threonine, serine, glutamic acid, glycine, arginine, proline, alanine, valine, isoleucine, leucine , At least one of tyrosine and phenylalanine as a reaction site, and the reaction site may hydrogen bond with the negative electrode active material.

상기 수용성 바인더는 피브린, 피브린-알긴산 복합체 및 피브린-알긴산-양이온 복합체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The water-soluble binder may include at least one of fibrin, a fibrin-alginate complex, and a fibrin-alginate-cation complex.

상기 피브린-알긴산 복합체는 피브린과 알긴산의 혼합 비율을 조절하여 유변학적 특성을 조절하고, 상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합될 수 있다.The fibrin-alginic acid complex controls the rheological properties by adjusting the mixing ratio of fibrin and alginic acid, and the fibrin and alginic acid may be mixed in a weight ratio of 1:5 to 5:1.

상기 피브린-알긴산-양이온 복합체는 피브린, 알긴산 및 양이온의 혼합량을 조절하여 유변학적 특성을 조절하고, 상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합되고, 상기 양이온은 0.01M 내지 1M로 첨가될 수 있다.The fibrin-alginate-cation complex controls the rheological properties by adjusting the mixing amount of fibrin, alginic acid and cations, the fibrin and alginic acid are mixed in a weight ratio of 1:5 to 5:1, and the cation is 0.01M to 1M can be added as

상기 피브린-알긴산-양이온 복합체에서, 상기 피브린과 알긴산은 물리적으로 얽혀 상호 침투 구조체(IPN, interpenetrating network) 또는 반 상호 침투 구조체(semi-interpenetrating network)를 형성할 수 있다.In the fibrin-alginate-cation complex, the fibrin and alginate may be physically entangled to form an interpenetrating network (IPN) or a semi-interpenetrating network.

상기 피브린-알긴산-양이온 복합체에서 상기 양이온은 2가 양이온 및 3가 양이온 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In the fibrin-alginate-cation complex, the cation may be at least one of a divalent cation and a trivalent cation.

상기 음극활물질, 도전재 및 수용성 바인더는 90:5:5 내지 50:30:20의 중량비를 가질 수 있다.The negative electrode active material, the conductive material, and the water-soluble binder may have a weight ratio of 90:5:5 to 50:30:20.

상기 이차전지용 음극은, 충방전 시 부피가 50% 미만으로 팽창할 수 있다.The negative electrode for a secondary battery may expand by less than 50% in volume during charging and discharging.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 트롬빈, 알긴산 및 양이온 중 적어도 하나 이상을 피브리노겐과 혼합하여 수용성 바인더를 형성하는 단계; 음극활물질, 도전재를 상기 수용성 바인더와 혼합하여 전극용 잉크를 제조하는 단계; 및 상기 전극용 잉크를 건조시키는 단계를 포함하는 상기 이차전지용 음극의 제조방법을 제공할 수 있다.Also, in one embodiment of the present invention, forming a water-soluble binder by mixing at least one of thrombin, alginic acid and cations with fibrinogen; preparing ink for an electrode by mixing a negative electrode active material and a conductive material with the water-soluble binder; and drying the ink for the electrode.

상기 피브리노겐은 트롬빈과 혼합되고, 상기 피브리노겐과 트롬빈은 2:1 내지 1:2의 부피비로 혼합될 수 있다.The fibrinogen may be mixed with thrombin, and the fibrinogen and thrombin may be mixed in a volume ratio of 2:1 to 1:2.

상기 피브리노겐은 트롬빈 및 알긴산과 혼합되고, 상기 피브리노겐과 트롬빈은 2:1 내지 1:2의 부피비로 혼합되고, 상기 피브리노겐 및 트롬빈이 반응하여 피브린이 생성되고, 상기 피브린과 알긴산은 5:1 내지 1:5의 중량비로 혼합될 수 있다.The fibrinogen is mixed with thrombin and alginic acid, the fibrinogen and thrombin are mixed in a volume ratio of 2:1 to 1:2, the fibrinogen and thrombin react to produce fibrin, and the fibrin and alginate are mixed in a volume ratio of 5:1 to 1 :5 by weight.

상기 피브리노겐은 트롬빈, 알긴산 및 양이온과 혼합되고, 상기 피브리노겐과 트롬빈은 2:1 내지 1:2의 부피비로 혼합되고, 상기 피브리노겐 및 트롬빈이 반응하여 피브린이 생성되고, 상기 피브린과 알긴산은 5:1 내지 1:5의 중량비로 혼합되고, 상기 양이온은 0.1M 내지 1M로 혼합될 수 있다.The fibrinogen is mixed with thrombin, alginic acid and cations, the fibrinogen and thrombin are mixed in a volume ratio of 2:1 to 1:2, the fibrinogen and thrombin react to produce fibrin, and the fibrin and alginate are mixed in a ratio of 5:1 to 1:5 by weight, and the cations may be mixed at 0.1M to 1M.

상기 양이온은 2가 양이온 및 3가 양이온 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The cation may be at least one of a divalent cation and a trivalent cation.

상기 음극활물질, 도전재 및 수용성 바인더는 85:15:5 내지 50:30:20의 중량비를 가질 수 있다.The negative electrode active material, the conductive material, and the water-soluble binder may have a weight ratio of 85:15:5 to 50:30:20.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이차전지용 음극을 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, it is possible to provide a secondary battery including the negative electrode for the secondary battery.

본 발명에 따르면, 수용성 바인더를 포함하는 이차 전지용 음극을 제공할 수 있다.According to the present invention, a negative electrode for a secondary battery including a water-soluble binder can be provided.

또한, 본 발명에 따르면 수용성 바인더를 포함하는 이차 전지용 음극을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery including a water-soluble binder.

도 1은 생체 내에서 피브린의 구조 및 본 발명의 일실시예의 피브린을 포함하여 제조된 수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 단일 바인더들의 FTIR 측정 결과이다.
도 3은 피브린과 알긴산의 3차원 구조 및 이들의 실제 거동을 보여주는 이미지이다.
도 4 및 도 5는 단일 바인더 들의 전기화학적 특성을 평가한 결과들이다.
도 6은 단일 바인더의 박리력 테스트 결과이다.
도 7은 혼합 바인더의 3차원 네트워크 구조의 형상을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 8은 혼합 바인더들에 대한 FTIR 측정 결과이다.
도 9는 혼합 바인더의 사이클 안정성 및 속도 성능을 측정한 결과이다.
도 10은 F4A1-10Ca를 바인더로 사용하고 Si 음극활물질:바인더: Super P 의 중량비를 달리하여 전지의 사이클에 따른 용량을 측정한 것이다.
도 11은 혼합 바인더의 사이클 안정성 및 속도 성능을 측정한 결과이다.
도 12은 각각의 샘플에 대해 쿨롱 효율(C.E) 대(vs.) 사이클 수의 비교 플롯이다.
도 13은 전기화학적 임피던스 분광법(EIS, electrochemical impedance spectroscopy)를 측정결과이다.
도 14는 혼합 바인더에 대한 박리력 테스트 결과이다.
도 15 및 16은 혼합 바인더의 기계적 특성을 측정한 결과이다.
도 17은 각 전극의 100 사이클 전/후에 대한 FIB 밀링 단면 이미지이다.
도 18 내지 20은 각 전극의 사이클 전/후의 표면 SEM 이미지이다.
도 21 내지 23은 각 전극의 SEI 층에 대한 분석 결과이다.
1 is a diagram schematically showing the structure of fibrin in vivo and the structure of a negative electrode for a secondary battery including a water-soluble binder prepared including fibrin according to an embodiment of the present invention.
2 is an FTIR measurement result of single binders.
3 is an image showing the three-dimensional structures of fibrin and alginic acid and their actual behavior.
4 and 5 are results of evaluating the electrochemical properties of single binders.
6 is a peel force test result of a single binder.
7 schematically shows the shape of the three-dimensional network structure of the mixed binder.
8 is an FTIR measurement result for mixed binders.
9 is a result of measuring cycle stability and speed performance of a mixed binder.
10 shows the measurement of capacity according to cycles of a battery by using F4A1-10Ca as a binder and varying the weight ratio of Si anode active material:binder:Super P.
11 is a result of measuring cycle stability and speed performance of a mixed binder.
12 is a comparative plot of Coulombic efficiency (CE) versus cycle number for each sample.
13 is a measurement result of electrochemical impedance spectroscopy (EIS).
14 is a peel force test result for a mixed binder.
15 and 16 are the results of measuring the mechanical properties of the mixed binder.
17 is a cross-sectional image of FIB milling before and after 100 cycles of each electrode.
18 to 20 are surface SEM images of each electrode before/after cycling.
21 to 23 are analysis results of the SEI layer of each electrode.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 달리 명시되지 않는 한, 본 발명에 성분, 반응 조건, 성분의 함량을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and unless otherwise specified in the following description, components, reaction conditions, and content of components are expressed in the present invention. All numbers, values and/or expressions are to be understood as being qualified in all cases by the term "about" as such numbers are inherently approximations that reflect, among other things, various uncertainties of measurement that arise in obtaining such values. . Also, when numerical ranges are disclosed herein, such ranges are contiguous and include all values from the minimum value of such range to the maximum value inclusive, unless otherwise indicated. Furthermore, where such a range refers to an integer, all integers inclusive from the minimum value to the maximum value inclusive are included unless otherwise indicated.

또한, 본 발명에서 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들 뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.Further, in the present invention, where ranges are stated for a variable, it will be understood that the variable includes all values within the stated range inclusive of the stated endpoints of the range. For example, a range of "5 to 10" includes values of 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subrange of 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, and the like. inclusive, as well as any value between integers that fall within the scope of the stated range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5 and 6.5 to 9, and the like. For example, the range of “10% to 30%” could range from 10% to 15%, 12% to 18%, as well as values such as 10%, 11%, 12%, 13%, and all integers up to and including 30%. %, 20% to 30%, etc., and any value between reasonable integers within the scope of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, etc. It will be understood to include.

도 1은 생체 내에서 피브린의 구조, 본 발명의 일 실시예에 의한 피브린을 이용하여 제조된 수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극의 구조 및 이차전지의 음극이 리튬화/탈리튬화 될 때 부피가 변하는 것을 모식적으로 나타낸 도면이다.1 shows the structure of fibrin in vivo, the structure of a negative electrode for a secondary battery including a water-soluble binder prepared using fibrin according to an embodiment of the present invention, and the volume when the negative electrode of the secondary battery is lithiated/delithiated It is a diagram schematically showing the change.

본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 음극활물질; 도전재; 및 피브린을 포함하고, 3차원 구조를 가지고 상기 음극활물질과 도전재를 바인딩하는 수용성 바인더를 포함하는, 이차 전지용 음극을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, embodiments of the present invention are a negative electrode active material; conductive material; and a water-soluble binder including fibrin and having a three-dimensional structure and binding the negative electrode active material and the conductive material.

상기 음극활물질은 전지의 충/방전에 따라 부피가 팽창하는 성질을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 상기 음극활물질은 기존 흑연 음극에 비하여 고용량, 고출력의 특성을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 음극활물질은 Si, Li, SiOx, Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, 및 As 중 적어도 어느 하나이거나; 또는 Si, Li, SiOx, Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, 및 As 중 적어도 어느 하나와 탄소물질의 복합체를 포함할 수 있다.The negative electrode active material may include a material having a property of expanding in volume according to charging/discharging of the battery. The anode active material may have characteristics of high capacity and high output compared to conventional graphite anodes. For example, the anode active material is at least one of Si, Li, SiO x , Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, and As; Alternatively, it may include a composite of at least one of Si, Li, SiO x , Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, and As and a carbon material.

상기 도전재는 탄소를 포함하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 그래핀, 슈퍼피(super P), 슈퍼씨(super C)와 같은 흑연(graphite)계; 활성탄(active carbon)계; 덴카 블랙(denka black), 케첸 블랙(ketjen black), 채널 블랙(channel black), 퍼니스 블랙(furnace black), 써멀 블랙(thermal black), 컨택트 블랙(contact black), 램프 블랙(lamp black), 아세틸렌 블랙(acetylene black)과 같은 카본 블랙(carbon black)계; 탄소섬유(carbon fiber), 탄소나노튜브(CNT), 풀러렌(fullerene)과 같은 탄소나노구조체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The conductive material may include a material containing carbon. For example, the conductive material may include graphite-based materials such as natural graphite, artificial graphite, graphene, super P, and super C; activated carbon (active carbon) system; denka black, ketjen black, channel black, furnace black, thermal black, contact black, lamp black, acetylene carbon black systems such as acetylene black; carbon nanostructures such as carbon fibers, carbon nanotubes (CNTs), and fullerenes; And it may be one or more selected from the group consisting of combinations thereof.

상기 수용성 바인더는 피브린을 포함하고, 3차원 구조를 가지고 상기 음극활물질과 도전재를 바인딩할 수 있다. 상기 수용성 바인더는 수용성 반응 사이트를 가지고, 물에 용해되는 성질을 가져 기존의 유기 바인더와 비교했을 때 친환경적일 수 있다. The water-soluble binder may include fibrin and bind the negative electrode active material and the conductive material with a three-dimensional structure. The water-soluble binder has a water-soluble reaction site and is soluble in water, so it may be environmentally friendly compared to conventional organic binders.

상기 수용성 바인더는 그 자체로 3차원 구조를 가질 수 있다. 상기 수용성 바인더의 3차원 구조는 상기 수용성 바인더에 포함되는 피브린이 엉겨 3차원 형상을 형성하는 것을 의미할 수 있다. 따라서 상기 수용성 바인더는 상기 3차원 구조로 인하여 상기 음극활물질 및 도전재를 입체적으로 바인딩 할 수 있고, 상기 음극활물질과 수소결합까지 형성하여 더욱 견고하게 바인딩할 수 있다. The water-soluble binder itself may have a three-dimensional structure. The three-dimensional structure of the water-soluble binder may mean that fibrin included in the water-soluble binder is agglomerated to form a three-dimensional shape. Accordingly, the water-soluble binder can three-dimensionally bind the negative electrode active material and the conductive material due to the three-dimensional structure, and even form a hydrogen bond with the negative electrode active material to bind them more firmly.

상기 수용성 바인더는 유변학적 특성을 가질 수 있으며, 특히 스트레인-스티프닝(strain-stiffening) 특성을 가질 수 있다. 상기 수용성 바인더의 유변학적 특성은 재료의 강성과 응력완화능력이 적절하게 조화되어 형성될 수 있다. 상기 수용성 바인더는 상기 음극활물질을 바인딩하여 상기 음극활물질이 팽창할 때 같이 신장될 수 있으나 탄성에 의하여 본래의 길이로 돌아갈 수 있고, 이 때 상기 수용성 바인더와 수소결합되어 있는 상기 음극활물질도 같이 수축될 수 있다. 따라서 전극의 충/방전에 따라 상기 음극활물질이 팽창할 때, 상기 수용성 바인더가 상기 음극활물질을 바인딩하여 과도하게 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 상기 수용성 바인더에 의해 전극이 과도하게 팽창하는 것을 방지할 수 있다. The water-soluble binder may have rheological properties, particularly strain-stiffening properties. The rheological properties of the water-soluble binder can be formed by appropriately balancing the stiffness and stress relaxation ability of the material. The water-soluble binder binds the negative electrode active material so that it can be elongated as the negative electrode active material expands, but can return to its original length due to elasticity. can Therefore, when the anode active material expands according to charge/discharge of the electrode, the water-soluble binder binds the anode active material to prevent excessive expansion. Therefore, excessive expansion of the electrode by the water-soluble binder can be prevented.

상기 수용성 바인더는 10kPa 내지 70kPa의 저장계수(G')을 가질 수 있다.The water-soluble binder may have a storage modulus (G') of 10 kPa to 70 kPa.

상기 수용성 바인더는 1kPa 내지 20kPa의 손실계수(G")를 가질 수 있다. 또한 바람직하게는 상기 수용성 바인더는 2kPa 내지 17kPa의 손실계수(G")를 가질 수 있다.The water-soluble binder may have a loss factor (G") of 1 kPa to 20 kPa. Also preferably, the water-soluble binder may have a loss factor (G") of 2 kPa to 17 kPa.

상기 수용성 바인더는 104 이하의 크리프 변형률(εc)을 가질 수 있다.The water-soluble binder may have a creep strain (ε c ) of 10 4 or less.

상기 저장계수, 손실계수 및 크리프 변형률의 범위는 상기 수용성 바인더가 강성과 응력완화능력이 적절하게 조화되어 음극활물질을 효과적으로 바인딩할 수 있는 범위일 수 있다.The ranges of the storage coefficient, loss coefficient, and creep strain may be within a range in which the water-soluble binder can effectively bind the negative electrode active material by appropriately balancing stiffness and stress relaxation ability.

상기 수용성 바인더는 수용성 반응 사이트를 가지고, 음극활물질의 표면에 있는 다른 작용기와 수소 결합할 수 있다. 상기 수소 결합에 의하여 상기 수용성 바인더는 상기 음극활물질 및 도전재와 3차원적으로 결합하여 더욱 견고하게 바인딩할 수 있다. 상기 수용성 반응 사이트는 피브린에 존재하는 작용기일 수 있다. 상기 수용성 바인더의 수용성 반응 사이트는 예를 들어 아마이드기(amide group), 카르복실기(carboxyl group), 하이드록실기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 라이신(lysine), 히스티딘(histidine), 아스파르트 산(aspartic acid), 트레오닌(threonine), 세린(serine), 글루탐 산(glutamic acid), 글리신(glycine), 아르기닌(arginine), 프롤린(proline), 알라닌(alanine), 발린(valine), 이소류신(isoleucine), 류신(leucine), 티로신(tyrosine) 및 페닐알라닌(phenylalanine) 중 적어도 어느 하나의 반응 사이트일 수 있다. The water-soluble binder may have a water-soluble reaction site and hydrogen bond with other functional groups on the surface of the negative electrode active material. By the hydrogen bond, the water-soluble binder can be more firmly bound by three-dimensionally bonding with the negative electrode active material and the conductive material. The water-soluble reaction site may be a functional group present in fibrin. The water-soluble reaction site of the water-soluble binder is, for example, an amide group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, lysine, histidine, or aspartic acid. (aspartic acid), threonine, serine, glutamic acid, glycine, arginine, proline, alanine, valine, isoleucine ( isoleucine), leucine, tyrosine, and phenylalanine.

상기 수용성 바인더는 수용성 반응 사이트를 가지고 피브린을 포함하여 형성될 수 있다. 이는 상기 수용성 바인더가 피브린만으로 형성될 수 있고, 피브린과 다른 물질이 결합하여 형성될 수 있는 것을 의미할 수 있으며, 또한 적용될 수 있는 모든 경우에 수용성 반응 사이트를 가지는 것을 의미할 수 있다. 구체적으로 상기 수용성 바인더는 피브린, 피브린-알긴산 복합체, 피브린-알긴산-양이온 복합체를 포함하여 형성될 수 있다.The water-soluble binder may have a water-soluble reaction site and include fibrin. This may mean that the water-soluble binder may be formed of only fibrin, may be formed by combining fibrin and other substances, and may also mean that it has a water-soluble reaction site in all applicable cases. Specifically, the water-soluble binder may include fibrin, a fibrin-alginate complex, or a fibrin-alginate-cation complex.

상기 수용성 바인더는 피브린을 포함하고, 상기 피브린은 피브리노겐과 트롬빈을 1:2 내지 2:1의 부피비로 혼합하여 형성될 수 있다. The water-soluble binder includes fibrin, and the fibrin may be formed by mixing fibrinogen and thrombin in a volume ratio of 1:2 to 2:1.

상기 피브린-알긴산 복합체를 포함하는 수용성 바인더는 피브린과 알긴산의 혼합 비율을 조절하여 유변학적 특성을 조절할 수 있다. 여기에서 피브리노겐과 트롬빈을 1:2 내지 2:1의 부피비로 혼합하여 피브린을 형성할 수 있다. 또한 상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있고, 바람직하게는 4:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있다. 상기 피브린과 알긴산의 중량비가 1:5 보다 작거나 5:1을 초과하는 경우 전지의 사이클 안정성이 저하될 수 있다.Rheological properties of the water-soluble binder including the fibrin-alginic acid complex can be adjusted by adjusting the mixing ratio of fibrin and alginic acid. Here, fibrin may be formed by mixing fibrinogen and thrombin in a volume ratio of 1:2 to 2:1. In addition, the fibrin and alginic acid may be mixed and polymerized in a weight ratio of 1:5 to 5:1 to form a composite, and preferably mixed and polymerized in a weight ratio of 4:1 to form a composite. When the weight ratio of fibrin to alginic acid is less than 1:5 or greater than 5:1, cycle stability of the battery may deteriorate.

상기 피브린-알긴산-양이온 복합체는 피브린, 알긴산 및 양이온의 혼합량을 조절하여 유변학적 특성을 조절할 수 있다. 여기에서 피브리노겐과 트롬빈을 1:2 내지 2:1의 부피비로 혼합하여 피브린을 형성할 수 있다. 또한 상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있고, 바람직하게는 4:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있다. 또한 상기 양이온은 0.01M 내지 1M로 첨가하여 복합체를 형성할 수 있고 바람직하게는 0.1M로 첨가될 수 있다. 여기에서 상기 피브린-알긴산 복합체와 마찬가지로 상기 피브린과 알긴산의 비율이 전지의 사이클 안정성에 영향을 미치고, 더불어 양이온의 첨가량이 0.01M 보다 작거나 1M을 초과하는 경우 양이온이 첨가되지 않은 경우보다 사이클 안정성이 저하되어 전지의 성능에 영향을 미칠 수 있다. The fibrin-alginate-cation complex can adjust the rheological properties by adjusting the mixing amount of fibrin, alginic acid, and cation. Here, fibrin may be formed by mixing fibrinogen and thrombin in a volume ratio of 1:2 to 2:1. In addition, the fibrin and alginic acid may be mixed and polymerized in a weight ratio of 1:5 to 5:1 to form a composite, and preferably mixed and polymerized in a weight ratio of 4:1 to form a composite. In addition, the cation may be added at 0.01M to 1M to form a complex, preferably at 0.1M. Here, as in the fibrin-alginic acid complex, the ratio of fibrin to alginic acid affects the cycle stability of the battery, and in addition, when the amount of added cation is less than 0.01M or exceeds 1M, the cycle stability is higher than when no cation is added. It may deteriorate and affect the performance of the battery.

상기 피브린-알긴산 복합체 및 피브린-알긴산-양이온 복합체에서 각 성분이 혼합되는 비율은 각 구성 요소의 반응을 가정하여 미리 계산된 것일 수 있다. 구체적으로 피브리노겐과 트롬빈을 부피비로 혼합하고, 여기에서 상기 피브리노겐과 트롬빈이 완전히 반응하여 피브린을 형성한다고 가정하였을 때 상기 피브린의 밀도로부터 중량을 계산하고, 상기 계산된 피브린의 중량에 대해 알긴산을 중량비로 혼합할 수 있다. 피브린의 중량은 상기 피브리노겐 및 트롬빈의 농도에 따라 다르게 계산될 수 있다.Mixing ratios of each component in the fibrin-alginate complex and the fibrin-alginate-cation complex may be pre-calculated by assuming a reaction of each component. Specifically, when fibrinogen and thrombin are mixed in a volume ratio, and it is assumed that fibrinogen and thrombin completely react to form fibrin, the weight is calculated from the density of the fibrin, and alginate is expressed as a weight ratio with respect to the calculated weight of fibrin. can be mixed. The weight of fibrin may be calculated differently depending on the concentrations of fibrinogen and thrombin.

상기 피브린-알긴산-양이온 복합체에서, 상기 피브린과 알긴산은 물리적으로 얽혀 상호 침투 구조체 또는 반 상호 침투 구조체를 형성할 수 있다. 상기 상호 침투 구조체 또는 반 상호 침투 구조체는 예를 들어 피브린과 알긴산 사이에 화학적 결합 없이 가교 형성으로 인해 분자 차원에서 얽히는 구조를 의미할 수 있다. 상기 상호 침투 구조체 또는 반 상호 침투 구조체의 형성에 의하여 상기 수용성 바인더의 영률(Young's modulus)이 더 증가할 수 있다. 따라서 상기 음극활물질의 팽창을 더 효과적으로 제어할 수 있다.In the fibrin-alginate-cation complex, the fibrin and alginate may be physically entangled to form an interpenetrating structure or a semi-interpenetrating structure. The interpenetrating structure or semi-interpenetrating structure may refer to a structure in which fibrin and alginic acid are entangled at a molecular level due to cross-linking without chemical bonding between fibrin and alginic acid. A Young's modulus of the water-soluble binder may be further increased by forming the interpenetrating structure or the semi-interpenetrating structure. Therefore, expansion of the negative electrode active material can be more effectively controlled.

또한 상기 수용성 바인더는 전지의 사이클 시 더 좋은 SEI 층(Solid Electrolyte Interphase layer)을 형성하여 전지의 사이클 수명을 향상시킬 수 있다. 상기 수용성 바인더를 포함하는 경우, SEI층이 얇고 안정적으로 형성되어 전지의 저항이 감소하고, 전지 자체의 성능이 향상될 수 있다.In addition, the water-soluble binder can improve the cycle life of the battery by forming a better solid electrolyte interphase layer (SEI) during the cycle of the battery. When the water-soluble binder is included, the SEI layer is formed thinly and stably, so that the resistance of the battery is reduced and the performance of the battery itself can be improved.

상기 피브린-알긴산-양이온 복합체에서 상기 양이온은 2가 양이온, 3가 양이온 및 그 이상의 전하량을 가지는 양이온 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 양이온은 알긴산과 피브린의 가교 결합을 형성할 수 있고, 알긴산과 피브린 사이에 상호 침투 구조를 형성할 수 있다. 이에 의해 피브린의 강성과 알긴산의 응력 완화 능력이 서로 보완되어 양이온이 첨가되지 않은 바인더에 비하여 전극의 성능 및 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어 상기 양이온은 Ca2+, Ba2+, Zn2+ 및 Mn2+ 중 어느 하나일 수 있다.In the fibrin-alginate-cation complex, the cation may be at least one of a divalent cation, a trivalent cation, and a cation having a higher charge. The cation may form a cross-linking bond between alginic acid and fibrin, and may form an interpenetrating structure between alginate and fibrin. As a result, the stiffness of fibrin and the stress relieving ability of alginic acid complement each other, so that the performance and stability of the electrode can be further improved compared to a binder in which cations are not added. For example, the cation may be any one of Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Mn 2+ .

상기 이차전지용 음극에서 상기 음극활물질, 도전재 및 수용성 바인더는 90:5:5 내지 50:30:20의 중량비를 가질 수 있고, 바람직하게는 70:15:15 내지 50:30:20의 중량비를 가질 수 있다. 여기에서 상기 음극활물질은 충분한 전지 용량을 확보할 수 있는 양일 수 있고, 상기 수용성 바인더는 그러한 음극활물질과 도전재를 충분히 바인딩할 수 있는 양일 수 있다. 상기 수용성 바인더는 더 적게 포함되는 경우 상기 음극활물질 및 도전재를 충분히 바인딩할 수 없고, 상기 음극활물질의 팽창을 효과적으로 억제할 수 없다. 반면 더 많이 포함되는 경우 상기 음극활물질 및 도전재의 양이 적어져 충분한 정도의 이차전지 용량을 얻을 수 없다. In the negative electrode for a secondary battery, the negative electrode active material, the conductive material, and the water-soluble binder may have a weight ratio of 90:5:5 to 50:30:20, preferably 70:15:15 to 50:30:20. can have Here, the negative electrode active material may be in an amount capable of securing sufficient battery capacity, and the water-soluble binder may be in an amount capable of sufficiently binding the negative electrode active material and the conductive material. When the water-soluble binder is included in a smaller amount, the anode active material and the conductive material cannot be sufficiently bound, and expansion of the anode active material cannot be effectively suppressed. On the other hand, when more is included, the amount of the negative electrode active material and the conductive material is reduced, so that a sufficient level of secondary battery capacity cannot be obtained.

상기와 같은 특성을 가지는 수용성 바인더를 포함하는 경우, 전지의 충/방전 시 부피가 팽창하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이차전지의 사이클 이전의 전극의 두께(tbefore)와 사이클 이후 두께(tafter) 변화를 [식 1]로 정의하였을 때, 두께 변화는 50% 미만일 수 있다.When the water-soluble binder having the above characteristics is included, volume expansion during charging/discharging of the battery can be effectively suppressed. When the change in the thickness of the secondary battery before the cycle (t before ) and the thickness after the cycle (t after ) is defined by [Equation 1], the change in thickness may be less than 50%.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 트롬빈, 알긴산 및 양이온 중 적어도 하나 이상을 피브리노겐과 혼합하여 수용성 바인더를 형성하는 단계; 음극활물질, 도전재를 상기 수용성 바인더와 혼합하여 전극용 잉크를 제조하는 단계; 및 상기 전극용 잉크를 건조시키는 단계를 포함하는 상기 이차전지용 음극의 제조방법을 제공할 수 있다.Also, in one embodiment of the present invention, forming a water-soluble binder by mixing at least one of thrombin, alginic acid and cations with fibrinogen; preparing ink for an electrode by mixing a negative electrode active material and a conductive material with the water-soluble binder; and drying the ink for the electrode.

상기 트롬빈, 알긴산 및 양이온은 그 중 적어도 하나를 선택하여 상기 피브리노겐과 혼합하고 중합시켜 상기 수용성 바인더를 형성할 수 있다. The water-soluble binder may be formed by selecting at least one of thrombin, alginic acid, and cations, mixing with the fibrinogen, and polymerizing the mixture.

예를 들어 상기 군에서 트롬빈만 선택되는 경우 트롬빈과 피브리노겐을 중합시켜 피브린만 포함된 수용성 바인더를 형성할 수 있다. 이 때 상기 피브리노겐과 트롬빈은 2:1 내지 1:2의 부피비로 혼합될 수 있다.For example, when only thrombin is selected from the group, a water-soluble binder containing only fibrin may be formed by polymerizing thrombin and fibrinogen. At this time, the fibrinogen and thrombin may be mixed in a volume ratio of 2:1 to 1:2.

또한 예를 들어 상기 군에서 트롬빈과 알긴산이 선택되는 경우, 상기 피브리노겐과 알긴산을 혼합한 후 상기 트롬빈을 혼합하여 중합시켜 피브린-알긴산 복합체를 포함하는 수용성 바인더를 형성할 수 있다. 여기에서 피브리노겐과 트롬빈을 1:2 내지 2:1의 부피비로 혼합하여 피브린을 형성할 수 있다. 또한 상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있고, 바람직하게는 4:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있다. Also, for example, when thrombin and alginic acid are selected from the group, a water-soluble binder including a fibrin-alginate complex may be formed by mixing the fibrinogen and alginic acid and then mixing and polymerizing the thrombin. Here, fibrin may be formed by mixing fibrinogen and thrombin in a volume ratio of 1:2 to 2:1. In addition, the fibrin and alginic acid may be mixed and polymerized in a weight ratio of 1:5 to 5:1 to form a composite, and preferably mixed and polymerized in a weight ratio of 4:1 to form a composite.

또한 예를 들어 상기 군에서 트롬빈, 알긴산 및 양이온이 선택되는 경우, 상기 피브리노겐과 알긴산을 혼합한 후 상기 트롬빈을 혼합하여 중합시키고 여기에 상기 양이온을 첨가하여 피브린-알긴산-양이온 복합체를 포함하는 수용성 바인더를 형성할 수 있다. 여기에서 피브리노겐과 트롬빈을 1:2 내지 2:1의 부피비로 혼합하여 피브린을 형성할 수 있다. 또한 상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있고, 바람직하게는 4:1의 중량비로 혼합하여 중합시켜 복합체를 형성할 수 있다. 상기 양이온은 0.1M 내지 1M을 혼합할 수 있다.In addition, for example, when thrombin, alginic acid, and cations are selected from the group, the fibrinogen and alginic acid are mixed, and then the thrombin is mixed and polymerized, and the cation is added thereto to form a fibrin-alginate-cation complex. can form Here, fibrin may be formed by mixing fibrinogen and thrombin in a volume ratio of 1:2 to 2:1. In addition, the fibrin and alginic acid may be mixed and polymerized in a weight ratio of 1:5 to 5:1 to form a composite, and preferably mixed and polymerized in a weight ratio of 4:1 to form a composite. The cation may be mixed with 0.1M to 1M.

상기 피브린-알긴산-양이온 복합체에서 상기 양이온은 2가 양이온, 3가 양이온 및 그 이상의 전하량을 가지는 양이온 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 양이온은 알긴산과 알긴산, 알긴산과 피브린의 가교 결합을 형성할 수 있고, 알긴산과 피브린 사이에 상호 침투 구조를 형성할 수 있다. 이에 의해 피브린의 강성과 알긴산의 응력 완화 능력이 서로 보완되어 양이온이 첨가되지 않은 바인더에 비하여 전극의 성능 및 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어 상기 양이온은 Ca2+, Ba2+, Zn2+ 및 Mn2+ 중 어느 하나일 수 있다.In the fibrin-alginate-cation complex, the cation may be at least one of a divalent cation, a trivalent cation, and a cation having a higher charge. The cation may form a cross link between alginic acid and alginic acid or between alginic acid and fibrin, and may form an interpenetrating structure between alginate and fibrin. As a result, the stiffness of fibrin and the stress relieving ability of alginic acid complement each other, so that the performance and stability of the electrode can be further improved compared to a binder in which cations are not added. For example, the cation may be any one of Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Mn 2+ .

상기 이차전지용 음극에서 상기 음극활물질, 도전재 및 수용성 바인더는 90:5:5 내지 50:30:20의 중량비를 가질 수 있고, 바람직하게는 70:15:15 내지 50:30:20의 중량비를 가질 수 있다. 여기에서 상기 음극활물질은 충분한 전지 용량을 확보할 수 있는 양일 수 있고, 상기 수용성 바인더는 그러한 음극활물질과 도전재를 충분히 바인딩할 수 있는 양일 수 있다. 상기 수용성 바인더는 더 적게 포함되는 경우 상기 음극활물질 및 도전재를 충분히 바인딩할 수 없고, 사이클 안정성이 감소하여 상기 음극활물질의 팽창을 효과적으로 억제할 수 없다. 반면 더 많이 포함되는 경우 상기 음극활물질 및 도전재의 양이 적어져 충분한 정도의 이차전지 용량을 얻을 수 없다. In the negative electrode for a secondary battery, the negative electrode active material, the conductive material, and the water-soluble binder may have a weight ratio of 90:5:5 to 50:30:20, preferably 70:15:15 to 50:30:20. can have Here, the negative electrode active material may be in an amount capable of securing sufficient battery capacity, and the water-soluble binder may be in an amount capable of sufficiently binding the negative electrode active material and the conductive material. When the water-soluble binder is included in a smaller amount, the anode active material and the conductive material cannot be sufficiently bound, and cycle stability is reduced, so expansion of the anode active material cannot be effectively suppressed. On the other hand, when more is included, the amount of the negative electrode active material and the conductive material is reduced, so that a sufficient level of secondary battery capacity cannot be obtained.

또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이차전지용 음극을 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, it is possible to provide a secondary battery including the negative electrode for the secondary battery.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.Examples and comparative examples of the present invention are described below. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

하기의 실시예에 사용되는 Si 나노입자(~100nm, 99%) 및 CaCl2(97%)는 Alfa Aesar(미국)에서 구입하였다. 알긴산 나트륨염(Alg)는 Sigma-Aldrich(USA)에서 구입하였다. 소의 피브리노겐(플라스미노겐 및 피브로넥틴 없음) 및 트롬빈은 Enzyme Research Laboratories(USA)에서 구입하고 활성을 유지하기 위하여 -80℃에서 보관하였다. 사용하기 전 두 샘플을 ~37℃에서 해동하였다.Si nanoparticles (˜100 nm, 99%) and CaCl 2 (97%) used in the following examples were purchased from Alfa Aesar (USA). Alginate sodium salt (Alg) was purchased from Sigma-Aldrich (USA). Bovine fibrinogen (without plasminogen and fibronectin) and thrombin were purchased from Enzyme Research Laboratories (USA) and stored at -80°C to maintain activity. Both samples were thawed at -37 °C before use.

[실시예 1][Example 1]

1. 수용성 바인더 제조1. Preparation of water-soluble binder

본 발명의 일 실시예에 의한 수용성 바인더를 제조하기 위하여, 우선 피브리노겐과 트롬빈을 Type1 water(25℃에서 18.2MΩcm)을 이용하여 각각 12.8mg/ml 및 3.0U/ml 로 희석하였다. 피브리노겐의 최종 농도는 6.4mg/ml로 맞추고 트롬빈의 최종농도는 1.5U/ml에 맞추어 희석된 피트리노겐 및 트롬빈 용액 1:1의 부피비로 혼합하여 피브린 하이드로겔을 형성하였다. 이들의 중합을 완료하기 위해 1시간 동안 반응시켰다. In order to prepare a water-soluble binder according to an embodiment of the present invention, first, fibrinogen and thrombin were diluted to 12.8 mg/ml and 3.0 U/ml, respectively, using Type 1 water (18.2 MΩcm at 25° C.). The final concentration of fibrinogen was adjusted to 6.4 mg/ml, and the final concentration of thrombin was adjusted to 1.5 U/ml. Diluted phytriinogen and thrombin solutions were mixed at a volume ratio of 1:1 to form a fibrin hydrogel. They were reacted for 1 hour to complete their polymerization.

2. 2전극 코인셀(CR2032) 제조2. Manufacture of 2-electrode coin cell (CR2032)

상기 제조된 수용성 바인더를 포함하는 전극의 전기화학적 특성을 측정하기 위하여 Ar으로 채워진 글로브 박스에서 2전극 코인셀을 제조하였다. 금속성 Li 호일(99.9%, Sigma-Aldrich, USA) 및 폴리프로필렌 멤브레인(Celgard 2400, Celgard, USA)를 각각 상대 전극과 분리막으로 사용하였다. 첨가물로 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC, fluoroethylene carbonate) 10wt%를 포함하고 에틸렌 카보네이트(EC, ethylene carbonate), 다이에틸 카보네이트(DEC, diethyl carbonate) 및 다이메틸 카보네이트(DMC, dimethyl carbonate)를 1:1:1(w/w/w)로 혼합한 용액에 1M의 LiPF6를 용해시켜 전해질로 사용하였다. 작업 전극은 Si 나노입자, 바인더 및 Super P를 수성으로 60:15:20(w/w/w)으로 혼합한 슬러리를 Cu 호일 위에 캐스팅하여 제작되었고, 이어서 진공 오븐에서 70℃로 건조되었다. 사용된 Si 나노입자의 질량 부하(mass loading)는 ~1.0mg/cm이었다.In order to measure the electrochemical properties of the electrode containing the prepared water-soluble binder, a two-electrode coin cell was prepared in an Ar-filled glove box. A metallic Li foil (99.9%, Sigma-Aldrich, USA) and a polypropylene membrane (Celgard 2400, Celgard, USA) were used as a counter electrode and separator, respectively. Contains 10 wt% of fluoroethylene carbonate (FEC) as an additive, and ethylene carbonate (EC, diethyl carbonate), diethyl carbonate (DEC), and dimethyl carbonate (DMC) are 1:1: 1M LiPF 6 was dissolved in a solution mixed at 1 (w/w/w) and used as an electrolyte. The working electrode was fabricated by casting an aqueous 60:15:20 (w/w/w) slurry of Si nanoparticles, binder and Super P on Cu foil, followed by drying at 70 °C in a vacuum oven. The mass loading of the Si nanoparticles used was ~1.0 mg/cm.

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1의 수용성 바인더 제조과정을 아래와 같이 변경하고 나머지는 동일하게 하여 실시예 2를 제조하였다.Example 2 was prepared by changing the water-soluble binder manufacturing process of Example 1 as follows and the rest being the same.

알긴산 나트륨염 2g을 Type 1 water 50ml에 첨가하여 알긴산 수용액(4중량%)을 제조하였다. 균일한 분산을 위하여, 상기 알긴산 수용액을 적어도 12시간 동안 교반기로 교반하였다. 적정량의 피브리노겐과 알긴산 수용액을 볼텍스 혼합기를 사용하여 3분 동안 혼합하여 피브리노겐과 알긴산이 혼합된 혼합액을 제조하였다. 이 후 피브리노겐 중합을 개시하기 위하여 상기 혼합액에 트롬빈을 첨가하였고, 이어서 반응이 완료되기까지 1시간 동안 기다렸다. 피브린과 알긴산이 중합되어 피브린-알긴산 복합체를 포함하는 수용성 바인더를 제조하였다. 실시예 2는 피브린과 알긴산의 비율을 다르게 하여 하기의 [표 1]과 같이 5가지로 제조되었다.2 g of alginate sodium salt was added to 50 ml of Type 1 water to prepare an alginate aqueous solution (4% by weight). For uniform dispersion, the alginate aqueous solution was stirred with a stirrer for at least 12 hours. An appropriate amount of fibrinogen and an aqueous solution of alginic acid were mixed for 3 minutes using a vortex mixer to prepare a mixture of fibrinogen and alginic acid. Thereafter, thrombin was added to the mixed solution in order to initiate fibrinogen polymerization, and then waited for 1 hour until the reaction was completed. Fibrin and alginic acid were polymerized to prepare a water-soluble binder including a fibrin-alginate complex. Example 2 was prepared in five ways as shown in [Table 1] below by varying the ratio of fibrin and alginic acid.

도면 표시show drawing 피브린:알긴산(중량비)fibrin:alginic acid (weight ratio) 실시예 2-1Example 2-1 F1A1F1A1 1:11:1 실시예 2-2Example 2-2 F2A1F2A1 2:12:1 실시예 2-3Example 2-3 F3A1F3A1 3:13:1 실시예 2-4Example 2-4 F4A1F4A1 4:14:1 실시예 2-5Example 2-5 F5A1F5A1 5:15:1

[실시예 3][Example 3]

상기 실시예 1의 수용성 바인더 제조과정을 아래와 같이 변경하고 나머지는 동일하게 하여 실시예 3를 제조하였다.Example 3 was prepared by changing the water-soluble binder manufacturing process of Example 1 as follows and remaining the same.

상기 실시예 2의 수용성 바인더 제조 과정에서 피브린과 알긴산의 중합 이후 CaCl2 수용액 0.1M를 첨가하였다. Ca2+ 양이온에 의하여 사슬간 가교를 형성하여 피브린-알긴산-양이온 복합체를 포함하는 수용성 바인더를 제조하였다. 실시예 3은 피브린과 알긴산의 중량비를 4:1로 하여 중합한 다음 양이온의 비율을 다르게하여 하기의 [표 2]와 같이 4가지로 제조하였다.In the process of preparing the water-soluble binder of Example 2, 0.1 M aqueous solution of CaCl 2 was added after polymerization of fibrin and alginic acid. A water-soluble binder including a fibrin-alginate-cationic complex was prepared by forming interchain bridges by Ca 2+ cations. Example 3 was prepared by polymerizing the weight ratio of fibrin and alginic acid to 4:1, and then varying the ratio of cations to prepare 4 types as shown in [Table 2] below.

도면 표시show drawing 양이온의 양amount of cation 실시예 3-1Example 3-1 5μl5 μl 5μl5 μl 실시예 3-2Example 3-2 10μl(10Ca)10μl (10Ca) 10μl10 μl 실시예 3-3Example 3-3 20μl20 μl 20μl20 μl 실시예 3-4Example 3-4 40μl40 μl 40μl40 μl

[실시예 4][Example 4]

상기 실시예 3의 수용성 바인더 제조과정에서 F4A1-10Ca 바인더를 제조하고, Si 음극활물질과 Super P의 양을 조절하여 실시예 4를 제조하였다. In the process of preparing the water-soluble binder of Example 3, the F4A1-10Ca binder was prepared, and Example 4 was prepared by adjusting the amounts of the Si negative electrode active material and Super P.

바인더bookbinder Si:바인더:Super P(중량비)Si:binder:Super P (weight ratio) 실시예 4-1Example 4-1 F4A1-10CaF4A1-10Ca 65:15:2065:15:20 실시예 4-2Example 4-2 F4A1-10CaF4A1-10Ca 80:10:1080:10:10 실시예 4-3Example 4-3 F4A1-10CaF4A1-10Ca 90:5:590:5:5

[비교예][Comparative example]

상기 실시예 1에서의 수용성 바인더 대신에 알긴산(alginate)을 바인더로 사용하고 나머지는 동일하게 하여 비교예를 제조하였다. A comparative example was prepared by using alginate as a binder instead of the water-soluble binder in Example 1 and the rest being the same.

이하 상기 제조한 실시예들 및 비교예를 이용하여 상기 수용성 바인더 및 이를 포함하는 전극의 특성을 평가하였다.Hereinafter, the characteristics of the water-soluble binder and the electrode including the same were evaluated using the prepared examples and comparative examples.

1. 바인더로서 피브린과 알긴산의 특성 비교1. Comparison of properties of fibrin and alginic acid as binders

(1) 수용성 반응 사이트 확인(1) Identification of water-soluble reaction sites

각 물질들의 수용성 반응 사이트의 존재를 확인하기 위하여 FT-IR 스펙트럼(Infrared absorbance spectra)을 분석하였다. 2cm-1의 분해능으로 4000~650cm-1 범위에서 감쇄된 전반사 Fourier-transform infrared spectroscopy(ATR-FTIR; Cary 630, Agilent, USA)를 이용하여 측정하였다.FT-IR spectrum (Infrared absorbance spectra) was analyzed to confirm the presence of water-soluble reaction sites of each material. Total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR; Cary 630, Agilent, USA) attenuated in the range of 4000 to 650 cm -1 with a resolution of 2 cm -1 was measured.

도 2는 음극활물질로 사용된 실리콘과 바인더 사이의 상호작용을 확인하기 위한 FT-IR 스펙트럼 결과이다. Fib(피브린), Si/Fib(실리콘/피브린), Alg(알긴산) 및 Si/Alg(실리콘/알긴산)에 대하여 측정하였다. 2 is an FT-IR spectrum result for confirming the interaction between silicon used as an anode active material and a binder. Fib (fibrin), Si / Fib (silicone / fibrin), Alg (alginic acid) and Si / Alg (silicone / alginic acid) were measured.

Fib 및 Si/Fib의 스펙트럼 결과는 도 2b에 도시되었고, 모두 ~3264cm-1 (N-H 굽힘: 아마이드 A 및 수소결합 O-H 스트레치), ~2943cm-1 (C-H 스트레치), ~1620cm-1 (C=O 스트레치: 아마이드 ), ~1521cm-1 (N-H 굽힘: 아마이드 Ⅱ) 및 ~1392cm-1(C-H 굽힘)의 피크를 보여준다. Fib 및 Si/Fib 샘플 사이에 차이점은 Si/Fib 샘플에서는 피프린이 Si와 결합된 후 C=O 스트레치(아마이드 )와 N-H 굽힘(아마이드 Ⅱ)에 해당하는 피크가 각각 5cm-1 및 8cm-1만큼 레드-쉬프트된 것이다(도 2b). 이는 Si 표면의 하이드록실 그룹(Si-OH)과 피브린의 펩타이드 결합(아마이드) 사이에 수소 결합이 형성된 것을 나타낸다. The spectral results of Fib and Si/Fib are shown in FIG. 2b, and all are ~3264 cm -1 (NH bending: amide A and hydrogen bond OH stretch), ~2943 cm -1 (CH stretch), ~1620 cm -1 (C=O Stretch: amide ), ˜1521 cm −1 (NH bending: amide Ⅱ) and ˜1392 cm −1 (CH bending). The difference between the Fib and Si/Fib samples is that in the Si/Fib sample, after fiphrine is bonded to Si, the peaks corresponding to the C=O stretch (amide ) and NH bending (amide II) are 5 cm -1 and 8 cm -1 , respectively. It is red-shifted by (Fig. 2b). This indicates that a hydrogen bond is formed between the hydroxyl group (Si-OH) on the Si surface and the peptide bond (amide) of fibrin.

반대로 Alg 및 Si/Alg 샘플들(도 2a의 위)은 ~3193cm-1 (수소결합된 O-H 스트레치), ~2921cm-1 (피라노스 고리의 C-H 스트레치 및 C-O 스트레치), ~1589cm-1 (카르복실레이트의 O-C-O 비대칭 스트레치), ~1405cm-1 (카르복실레이트의 O-C-O 대칭 스트레치) 및 ~1024cm-1(C-O-C 비대칭 스트레치)를 보여준다. 알긴산 역시 Si와 결합하면, Si-OH와 알긴산의 카르복실레이트 사이의 수소 결합으로 인해 O-C-O 비대칭 스트레치에 대하여 5cm-1, O-C-O 대칭 스트레치에 대하여는 3cm-1 만큼의 레드-쉬프트가 나타난다(도 2c). Conversely, the Alg and Si/Alg samples (above Fig. 2a) show ∼3193 cm −1 (hydrogenated OH stretch), ∼2921 cm −1 (CH stretch and CO stretch of the pyranose ring), ∼1589 cm −1 (carboxyl OCO asymmetric stretch of rate), ˜1405 cm −1 (OCO symmetric stretch of carboxylate) and ˜1024 cm −1 (COC asymmetric stretch). When alginate is also bonded to Si, a red-shift of 5 cm -1 for OCO asymmetric stretch and 3 cm -1 for OCO symmetric stretch appears due to the hydrogen bond between Si-OH and the carboxylate of alginic acid (FIG. 2c) .

이와 같은 결과는 피브린과 알긴산이 실리콘과 수소결합할 수 있고, 실리콘을 바인딩할 수 있다는 것을 나타내는 것이다.These results indicate that fibrin and alginic acid can hydrogen bond with silicon and bind silicon.

(2) 3차원 네트워크 구조(2) 3D network structure

도 3은 피브린과 알긴산의 3차원 구조를 나타내는 도면이다. 도 3a, b는 각각 피브린의 3차원 네트워크 구조 및 알긴산의 3차원 네트워크 구조를 나타내는 SEM 이미지이다. 피브린은 피브리노겐에 존재하는 XIII인자가 트롬빈에 의해 활성되고 활성 트랜스글루타미네이스(active transglutaminase) 효소(XIIIa 인자)를 형성하여 인접한 피브릴(fibril)에 있는 α-α, γ-γ, 및 α-γ 사슬 사이에 공유 가교를 유도한다. 따라서 도 3a와 같이 그물처럼 얽힌 3차원 네트워크를 형성할 수 있다. 반면 알긴산은 도 3b에 도시된 바와 같이 섬유 네트워크를 형성하기 어렵다. 대신 알긴산이 4wt%(본 실험에서 사용된 농도) 인 경우 무염 수용액에서 물리적으로 얽힌 전하를 띄지 않는 폴리머로 거동한다. 결과적으로 동일한 농도에서 피브린은 흐르지 않는 점탄성 하이드로겔이지만, 알긴산은 흐르는 점성 용액이다(도 3c). 도 3d는 이러한 피브린과 알긴산의 성질을 이용하여 이들 각각을 Si 나노입자 및 Super P와 혼합하여 슬러리를 제조하고 5x5cm2 Cu 호일에 도포한 모습을 나타낸다. 3 is a diagram showing the three-dimensional structure of fibrin and alginic acid. 3a and b are SEM images showing a 3D network structure of fibrin and a 3D network structure of alginate, respectively. Fibrin is formed when factor XIII present in fibrinogen is activated by thrombin and forms an active transglutaminase enzyme (factor XIIIa) to form α-α, γ-γ, and α-γ in adjacent fibril. induces covalent cross-links between the γ chains. Accordingly, a three-dimensional network entangled like a net can be formed as shown in FIG. 3A. On the other hand, alginate is difficult to form a fibrous network as shown in FIG. 3B. Instead, when alginate is 4 wt% (the concentration used in this experiment), it behaves as a physically entangled, uncharged polymer in a salt-free aqueous solution. As a result, at the same concentration, fibrin is a non-flowing viscoelastic hydrogel, whereas alginate is a flowing viscous solution (Fig. 3c). FIG. 3d shows a slurry prepared by mixing each of fibrin and alginic acid with Si nanoparticles and Super P using the properties of fibrin and alginic acid, and then applied to a 5×5 cm 2 Cu foil.

(3) 전기화학적 특성 평가(3) Evaluation of electrochemical properties

반쪽 전지 구성에서 Li/Li+에 대하여 Si/Fib 및 Si/Alg 전극의 전기화학적 특성을 평가하였다. 정전류 충/방전(Galvanostatic charge/discharge) 및 순환 전압전류법(CV, cyclic voltammetry) 측정은 WBCS 3000 베터리 사이클(WBCS 3000 battery cycle, WonATech, Korea)를 사용하여 0.01 ~1.0 vs. Li/Li+의 전위창(voltage window)에 걸쳐 측정하였다. The electrochemical properties of the Si/Fib and Si/Alg electrodes were evaluated against Li/Li+ in a half-cell configuration. Galvanostatic charge/discharge and cyclic voltammetry (CV) measurements were performed using a WBCS 3000 battery cycle (WBCS 3000 battery cycle, WonATech, Korea) to measure 0.01 ~ 1.0 vs. Measured over the voltage window of Li/Li + .

도 4a는 순환 전압전류법(CV, cyclic voltammetry) 곡선을 나타내고 각 전극에 대하여 1, 2, 3, 5, 및 10번째 사이클을 돌리는 동안 0.1mV/s의 속도로 스캔하였다. 첫번째 방전/충전 사이클에서 이 전극들의 거동은 ~0.01V에서 얇은 양극 피크로 유사하게 나타났다. 이 결과는 비정질의 LixSiy(a-LixSiy)를 형성하기 위해 결정질의 Si에 Li를 삽입한 결과이다. ~0.34V 및 ~0.52V에서 나타나기 시작하는 두 개의 음극 피크들은, 각각 a-Li14Si3에서 a-Li7Si3 및 a-L7Si3에서 a-LiSi로 Li-추출 상 변환에 해당한다. 후속 사이클에서, Si/Fib 및 Si/Alg은 모두 방전되는 동안 더 높은 전위(~0.18V)에서 양극 피크를 나타내고, 이는 비정질 Si 내에 Li를 삽입하였기 때문이다. 충전되는 동안, 두 개의 음극 피크는 두 경우 모두에서 3번째 사이클이 될 때까지 분리되어 유지되었다. Si/Alg은 모든 사이클에서 이러한 거동을 따르는 반면 Si/Fib는 이런 패턴을 벗어났다. 5번째 사이클부터, a-Li7Si3 탈리튬화 피크(~0.52V)는 더 낮은 전위로 이동하기 시작하였고, a-Li14Si3 탈리튬화 피크(~0.34V)가 나타났다. 더 낮은 음극 전위는 일반적으로 더 낮은 분극 저항의 결과이기 때문에, 피브린이 포함된 경우 a-Li7Si3 탈리튬화와 관련하여 전자 및/또는 이온의 전달을 증가시킬 수 있고 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.Figure 4a shows a cyclic voltammetry (CV) curve, which was scanned at a rate of 0.1 mV/s during the 1st, 2nd, 3rd, 5th, and 10th cycles for each electrode. The behavior of these electrodes in the first discharge/charge cycle was similar with a thin anodic peak at ~0.01 V. This result is the result of inserting Li into crystalline Si to form amorphous Li x Si y (a-Li x Si y ). The two cathodic peaks starting to appear at ~0.34 V and ~0.52 V correspond to the Li-extraction phase transformation from a-Li 14 Si 3 to a-Li 7 Si 3 and aL 7 Si 3 to a-LiSi, respectively. In subsequent cycles, both Si/Fib and Si/Alg show anodic peaks at higher potentials (~0.18 V) during discharge, which is due to intercalation of Li into amorphous Si. During charging, the two negative peaks remained separate until the third cycle in both cases. Si/Alg followed this behavior in all cycles while Si/Fib deviated from this pattern. From the 5th cycle, the a-Li 7 Si 3 delithiation peak (~0.52 V) started to shift to a lower potential, and the a-Li 14 Si 3 delithiation peak (~0.34 V) appeared. Since a lower cathodic potential is generally a result of lower polarization resistance, the inclusion of fibrin may increase the transfer of electrons and/or ions with respect to a-Li 7 Si 3 delithiation and increase the efficiency of the cell. can make it

도 4b는 Si/Fib 및 Si/Alg에 대해 0.1C(1C=4200mAh/g)에서 0.01V 및 1.0에 대한 Li/Li+의 정전류식 1차 방전/충전 전압 곡선을 나타낸 것이다. Si의 특징적인 리튬화/탈리튬화 안정기는 Si/Fib에 대해서는 0.08/0.45V에서 나타나고 Si/Alg에 대해서는 0.11/0.44V에서 나타났다. Si/Fib와 Si/Alg의 초기 쿨롱 효율(ICEs, initial Coulombic efficiencies)은 각각 ~71% 및 ~70%로 나타났다. Si/Fib의 ICE는 Si/Alg의 ICE와 유사하게 나타났고, 이는 피브린이 첫 번째 사이클 동안 안정한 SEI(solid electrolyte interphase) 층을 형성함으로써 가역성을 효과적으로 보장할 수 있음을 나타내는 것이다. Figure 4b shows the galvanostatic primary discharge/charge voltage curves of Li/Li + versus 0.01V and 1.0 at 0.1C (1C=4200mAh/g) for Si/Fib and Si/Alg. The characteristic lithiation/delithiation plateau of Si is found at 0.08/0.45 V for Si/Fib and at 0.11/0.44 V for Si/Alg. The initial Coulombic efficiencies (ICEs) of Si/Fib and Si/Alg were ~71% and ~70%, respectively. The ICE of Si/Fib appeared similar to that of Si/Alg, indicating that fibrin can effectively ensure reversibility by forming a stable solid electrolyte interphase (SEI) layer during the first cycle.

도 4c는 Si/Fib가 Si/Alg보다 더 나은 사이클링 효율을 나타내는 것을 보여준다. 0.1C에서 100 사이클을 돌린 경우에, Si/Fib는 ~69%의 용량을 유지하여 Si/Alg(16%)보다 훨씬 높은 사이클 안정성을 보여주었다. 이와 같은 결과는 0.5C의 더 빠른 속도로 150 사이클을 돌린 경우에도 동일한 양상으로 나타났으며, Si/Fib가 초기 탈리튬화 용량의 58%(728mAh/g)을 유지하여 초기 용량의 30%(381mAh/g)만 유지된 Si/Alg 보다 더 높은 사이클 안정성을 보여주었다(도 5). 본 실험에 사용된 전극에서 바인더와 Si 나노입자 사이에 양적 비율은 0.23(

Figure pat00002
15/65)였고, 이는 0.33(
Figure pat00003
20/60) 보다 ~1.4배 낮은 것이었으며, Si 음극에서 바인더로서 매우 우수한 바인더임을 나타낸다.Figure 4c shows that Si/Fib exhibits better cycling efficiency than Si/Alg. When subjected to 100 cycles at 0.1C, Si/Fib maintained ~69% capacity, showing much higher cycle stability than Si/Alg (16%). The same result was found even when 150 cycles were run at a faster rate of 0.5C, and Si/Fib maintained 58% (728mAh/g) of the initial delithiation capacity, which was 30% ( 381 mAh/g) showed higher cycle stability than Si/Alg, which was maintained (FIG. 5). In the electrode used in this experiment, the quantitative ratio between the binder and the Si nanoparticles was 0.23 (
Figure pat00002
15/65), which was 0.33 (
Figure pat00003
20/60), indicating that it is a very good binder as a binder in Si anodes.

도 4d는 사이클 속도를 점진적으로 증가시켰다가 다시 감소시키면서 속도 성능을 평가한 결과이다. Si/Alg와 다르게 Si/Fib는 2262(0.05C), 2097(0.1C), 1832(0.2C), 1210(0.5C) 및 723mAh/g(1C)의 용량을 보여주어 사이클 속도가 느려질 때 회복되는 용량이 양호하게 나타났다. 0.05C를 제외하고는, Si/Fib의 속도 성능은 Si/Alg 보다 우수하게 나타났다. 4D shows the result of evaluating the speed performance while gradually increasing the cycle speed and then decreasing it again. Unlike Si/Alg, Si/Fib shows capacities of 2262(0.05C), 2097(0.1C), 1832(0.2C), 1210(0.5C) and 723mAh/g(1C), recovering when the cycle rate slows down. capacity was found to be good. Except for 0.05C, the rate performance of Si/Fib was superior to that of Si/Alg.

이와 같은 전기화학학적 특성을 종합하면 거의 모든 면에서 Si/Fib가 Si/Alg보다 뛰어난 성능 및 안정성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Combining these electrochemical properties, it can be seen that Si / Fib exhibits superior performance and stability than Si / Alg in almost all aspects.

2. 단일 바인더의 박리력 테스트2. Peel force test of single binder

Si/Fib가 Si/Alg 보다 향상된 전기화학적 특성을 가지는 것은 더 높은 벌크 규모의 기계적 안정성에 의한 것일 수 있다. 이를 확인하기 위하여 만능시험기(UTM; Instron 5844, Instron, USA)를 이용하여 전극의 Cu 호일에 대한 박리력(peeling force)을 측정하였다. 2x8cm2 크기 전극의 전면에 3M 테이프를 붙이고 100μm/s의 속도로 180° 박리하고, 해당 박리력을 변위의 함수로 기록하였다. 시험 결과는 도 6에 도시하였다. Si/Fib's improved electrochemical properties over Si/Alg may be due to its higher bulk-scale mechanical stability. To confirm this, the peeling force of the electrode on the Cu foil was measured using a universal tester (UTM; Instron 5844, Instron, USA). A 3M tape was attached to the entire surface of the 2x8 cm 2 electrode and peeled 180° at a speed of 100 μm/s, and the peel force was recorded as a function of displacement. The test results are shown in FIG. 6 .

도 6a는 박리력 테스트하는 모습의 이미지이다.Figure 6a is an image of the appearance of the peel force test.

각각의 전극에 대한 박리력은 도 6b에 도시하였다. 예상한 바와 같이, Si/Fib의 접착력(평균 4.2N)은 Si/Alg의 접착력(평균 0.7N)보다 6배나 더 강력했다. 이런 차이는 박리력 시험 전/후 두 샘플의 광학 현미경 이미지에 의하여 확인할 수 있다(도 6c, d). Si/Alg는 Si/Fib에 비하여 박리한 후 Cu가 더 많이 드러났다. 이런 결과에 대한 한 가지 주요한 이유는, 알긴산과 달리 피브린은 아미노산의 풍부한 곁사슬과 연속적인 3차원 네트워크 구조를 형성하고, 이는 Si 및 Cu와 수소 결합하여 더 많은 접촉이 가능하기 때문이다. 전극의 접착력은 Si-바인더 부착 및 Si-바인더-Cu 부착에서 결합 부위의 수적 밀도 및 결합 강도에 의해 좌우되기 때문에, 상기와 같은 특징들은 더 강한 접착력을 형성한다. 또한, 기계적 응력은 이러한 3차원의 연속 네트워크를 통해 개별 선형 폴리머 체인보다 더 효과적으로 완화될 수 있다. 또다른 이유는 피브린과 알긴산 사이의 강성의 차이가 크기 때문이다. 피브린은 강성이 높아 공유 가교 결합이 있는 점탄성 하이드로겔을 형성하고, 반면 알긴산은 강성이 매우 낮아 가교 결합이 형성되지 않으면 점성 용액(본 실험에서는 4wt%)을 형성한다. 강성 가교 결합된 바인더(여기에서는 피브린 바인더)는 그렇지 않은 소프트 바인더보다 더 강한 접착력을 보여주는 경향이 있는 것을 확인할 수 있고, 이는 가교 결합에 의하여 향상된 기계적 견고함 때문이다. The peel force for each electrode is shown in FIG. 6B. As expected, the adhesion of Si/Fib (average 4.2 N) was 6 times stronger than that of Si/Alg (average 0.7 N). This difference can be confirmed by optical microscope images of the two samples before and after the peel force test (Fig. 6c, d). Si/Alg revealed more Cu after exfoliation than Si/Fib. One major reason for this result is that, unlike alginate, fibrin forms a continuous three-dimensional network structure with abundant side chains of amino acids, which hydrogen bonds with Si and Cu to allow more contact. Since the adhesive force of the electrode is governed by the number density and bond strength of bonding sites in Si-binder attachment and Si-binder-Cu attachment, these features form stronger adhesive force. In addition, mechanical stress can be more effectively relieved through such a three-dimensional continuous network than individual linear polymer chains. Another reason is the large difference in stiffness between fibrin and alginic acid. Fibrin has high rigidity to form a viscoelastic hydrogel with covalent crosslinking, whereas alginate has very low rigidity to form a viscous solution (4 wt% in this experiment) without crosslinking. It can be seen that the rigid cross-linked binder (fibrin binder here) tends to show stronger adhesive strength than the soft binder without it, and this is due to the improved mechanical robustness by cross-linking.

3. 혼합 바인더의 특성 분석3. Characterization of mixed binders

피브린은 우수한 전기화학적 성능과 강성을 가지고 있지만 오히려 이러한 특성에 의해 응력 완화 능력이 부족하게 나타날 수 있다. 따라서 강성과 응력 완화 능력이 적당하게 조화되도록 피브린에 알긴산 및/또는 양성자를 혼합하여 바인더를 형성한 후 이에 대한 특성을 시험하였다. Fibrin has excellent electrochemical performance and rigidity, but rather lacks stress relaxation ability due to these characteristics. Therefore, after forming a binder by mixing fibrin with alginate and/or proton so that stiffness and stress relaxation ability are appropriately balanced, the properties thereof were tested.

(1) 바인더의 형태 분석(1) Analysis of the shape of the binder

도 7a는 Fib/Alg(양이온 없이 피브린과 알긴산만 혼합)의 3차원 형상을 모식적으로 나타낸 것이고, 7b는 Fib/Alg/Ca2+(피브린, 알긴산 및 양이온으로 Ca2+ 혼합)의 3차원 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 7a schematically shows the three-dimensional shape of Fib/Alg (fibrin and alginate mixed without cations), and 7b shows the three-dimensional shape of Fib/Alg/Ca 2+ (fibrin, alginate, and Ca 2+ mixed with cations). It is a schematic representation of the shape.

피브리노겐과 알긴산은 모두 친수성이고 Type 1 water(pH ~7)에서 음으로 하전되어 있다. 또한 Type 1 water는 매우 낮은 이온 강도를 가지고 있기 때문에, 이들 두 물질들은 구성 엔트로피에 의해 혼화되고 정전기적 반발에 의해 안정화된다. 따라서 알긴산 사슬은 피브리노겐이 피브린으로 완전히 전환된 후 피브린의 3차원 네트워크에서 균일하게 분산될 수 있고, 단백질에 대한 불활성 때문에 피브리노겐 및 트롬빈에 대하여는 분산되지 않는다. Fib/Alg 바인더는 피브린 및 알긴산의 중량비를 다양하게 하여 제조(5:1, 4:1, 3:1, 2:1 및 1:1)되었고, 반면 바인더가 광범위의 기계적 특성을 가지도록 총 중량은 일정하게 유지하였다.Both fibrinogen and alginic acid are hydrophilic and negatively charged in Type 1 water (pH ~7). Also, since Type 1 water has very low ionic strength, these two substances are miscible by constitutive entropy and stabilized by electrostatic repulsion. Therefore, the alginate chain can be uniformly dispersed in the three-dimensional network of fibrin after complete conversion of fibrinogen to fibrin, and is not dispersed to fibrinogen and thrombin because of its inactivity to proteins. Fib/Alg binders were prepared with varying weight ratios of fibrin and alginic acid (5:1, 4:1, 3:1, 2:1 and 1:1), while the total weight of the binder was varied to give it a wide range of mechanical properties. was kept constant.

Fib/Alg/Ca2+ 바인더는 Ca2+ 이온을 약간 첨가(5, 10, 20, 및 40μl)하여 얽혀있는 알긴산 사슬 사이에 이온성 가교를 형성하였다. 이는 공유 가교 링크된 피브린 네트워크 및 이온성 가교 링크된 알긴산 네트워크가 서로 얽혀있지만 화학결합은 하지 않는 구조를 형성하여, 3차원 상호 침투 네트워크(IPN, interpenetrating network)를 형성한다. IPN 하이드로겔은 각각의 폴리머가 보여주는 특성보다 더 나은 기계적, 화학적 및 생물물리학적 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 이온성 가교 결합은 공유 가교 결합보다 더 약하고 느슨한 점을 이용하여, Ca2+의 양을 정밀하게 조절하여 응력을 완화하기에 충분히 부드러운 바인더를 제조함으로써 사이클을 돌리는 동안 바인더가 전극의 다른 구성요소는 효과적으로 바인딩하는 것을 기대할 수 있다. The Fib/Alg/Ca 2+ binders formed ionic bridges between entangled alginate chains with small additions of Ca 2+ ions (5, 10, 20, and 40 μl). This forms a structure in which the covalent cross-linked fibrin network and the ionic cross-linked alginate network are entangled with each other but do not chemically bond, forming a three-dimensional interpenetrating network (IPN). IPN hydrogels are known to have superior mechanical, chemical and biophysical properties than those exhibited by individual polymers. Ionic cross-links take advantage of weaker and looser points than covalent cross-links to precisely control the amount of Ca 2+ to produce a binder that is soft enough to relieve stress. You can expect to bind effectively.

(2) 수용성 반응 사이트의 확인(2) Identification of water-soluble reaction sites

아미노산과 다당류가 수성 매질에서 혼합될 때 가장 이상적인 상황은 두 폴리머가 화학 반응을 일으키지 않고 정전기적 반발에 의해 서로 거리를 유지하는 것이다. 이를 확인하기 위하여 혼합 바인더의 IR 흡광도 스펙트럼을 측정하여 도 8에 도시하였다. 바인더의 종류는 Fib, Alg, F4A1(피브린과 알긴산을 4:1 중량비로 혼합) 및 F4A1-10Ca(피브린과 알긴산을 4:1 중량비로 혼합하고 Ca2+을 10μl 첨가)에 대하여 측정하였고, F4A1 및 F4A1-10Ca는 Si과 혼합하여 전극을 형성한 경우에 대하여도 측정하였다. F4A1 및 F4A1-10Ca의 스펙트럼은 피브린과 알긴산의 스펙트럼이 결합된 결과가 나타났고 추가적인 피크는 나타나지 않았다(도 8a). 이는 피브린과 알긴산 사이에 화학 결합이 일어나지 않은 것을 의미한다. When amino acids and polysaccharides are mixed in an aqueous medium, the ideal situation is that the two polymers do not undergo a chemical reaction and are kept apart by electrostatic repulsion. In order to confirm this, the IR absorbance spectrum of the mixed binder was measured and shown in FIG. 8 . The types of binders were measured for Fib, Alg, F4A1 (mixing fibrin and alginic acid in a 4:1 weight ratio) and F4A1-10Ca (mixing fibrin and alginate in a 4:1 weight ratio and adding 10 μl of Ca 2+ ), F4A1 and F4A1-10Ca were also measured when an electrode was formed by mixing with Si. In the spectra of F4A1 and F4A1-10Ca, the fibrin and alginate spectra were combined, and no additional peaks appeared (FIG. 8a). This means that no chemical bond has occurred between fibrin and alginic acid.

또한 도 8b에서 F4A1 및 F4A1-10Ca 혼합물이 형성된 후에도 C=O 스트레치(아마이드 ) 및 N-H 굽힘(아마이드 Ⅱ)의 두 가지 피크가 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이는 피브린과 알긴산 사이에 강한 초분자 상호작용(supramolecular interactions)이 없는 것을 의미하나, 대신 pH ~7에서 음전하 사이의 반발이 존재하는 것으로 확인되었다. In addition, it can be seen in FIG. 8b that two peaks of C=O stretch (amide ) and N-H bending (amide II) are maintained even after the F4A1 and F4A1-10Ca mixtures are formed. This means that there are no strong supramolecular interactions between fibrin and alginic acid, but instead, it was confirmed that there is a repulsion between negative charges at pH ~7.

또한 도 8c, d에서 혼합 바인더들이 Si와의 결합한 후 아마이드 및 아마이드 Ⅱ에 대항하는 두 피크는 F4A1 및 F4A1-10Ca 모두에 대하여 레드-쉬프트되는 것을 확인할 수 있고, 이는 수소 결합이 형성된 것을 의미한다.In addition, in FIGS. 8c and d, after the mixed binders are bonded to Si, it can be seen that the two peaks opposing amide and amide II are red-shifted for both F4A1 and F4A1-10Ca, which means that a hydrogen bond is formed.

(3) 혼합 바인더의 전극 효율 측정(3) Measurement of electrode efficiency of mixed binder

도 9는 혼합 바인더 구성요소의 혼합 비율을 다르게 하여 Si 전극의 속도 성능을 측정한 결과이다. 각 그래프에 적용된 전극은 Si-FxAy로 표시되며 x:y는 피브린과 알긴산의 중량비이다.9 is a result of measuring the rate performance of the Si electrode by varying the mixing ratio of the mixed binder components. The electrode applied to each graph is indicated as Si-FxAy, and x:y is the weight ratio of fibrin to alginic acid.

도 9a에서 피브린의 중량비를 각각 1에서 5까지 증가시키고 1C에서 속도를 측정하였다. Si-F4A1가 1013mAh/g로 가장 좋은 속도 성능을 보여주었고, 그 다음으로 Si-F5A1이 762mAh/g, Si-F3A1이 691mAh/g, Si-F2A1이 652mAh/g, Si-F1A1이 618mAh/g의 속도성능을 보여주었다. Si-F4A1 및 Si-F5A1은 바인더로서 피브린만 사용한 경우의 속도 성능(1C에서 723mAh/g)보다 우수한 성능을 보여주었으며, 이는 피브린 네트워크에 적정량의 알긴산이 포함되는 경우에 전기화학 역학적인 성능이 향상되는 것을 의미한다. In Figure 9a, the weight ratio of fibrin was increased from 1 to 5, respectively, and the rate was measured at 1C. Si-F4A1 showed the best rate performance with 1013 mAh/g, followed by Si-F5A1 with 762 mAh/g, Si-F3A1 with 691 mAh/g, Si-F2A1 with 652 mAh/g, and Si-F1A1 with 618 mAh/g. showed the speed performance of Si-F4A1 and Si-F5A1 showed better performance than the rate performance (723 mAh/g at 1C) when only fibrin was used as a binder, and the electrochemical performance improved when an appropriate amount of alginate was included in the fibrin network. means to become

또한 피브린과 알긴산의 혼합 바인더에서 가장 효율이 좋은 Si-F4A1에 양이온의 첨가 비율을 달리하면서 1C에서 바인더의 속도 성능을 측정하였고, 그 결과를 도 9b에 도시하였다. 양이온으로는 Ca2+를 첨가하였으며, 각각 5, 10, 20, 40μl를 첨가하였다. 양이온을 10μl 첨가한 경우 1103mAh/g로 가장 높은 속도 성능 보였고, 양이온을 첨가하지 않은 경우, 5, 20, 40μl 첨가한 경우에는 10μl를 첨가한 경우보다는 성능이 약간 떨어지는 것을 확인할 수 있다.In addition, the rate performance of the binder at 1C was measured while varying the addition ratio of cations to Si-F4A1, which is the most efficient in the fibrin-alginic acid mixed binder, and the results are shown in FIG. 9B. Ca 2+ was added as a cation, and 5, 10, 20, and 40 μl were added, respectively. When 10 μl of cation was added, the highest rate performance was shown at 1103 mAh/g, and when no cation was added, when 5, 20, or 40 μl was added, the performance was slightly lower than when 10 μl was added.

또한 상기와 같은 결과에 기반하여 0.5C에서 500사이클을 돌려 속도 성능이 우수하게 나온 Si-F4A1 및 Si-F4A1-10Ca에 대한 사이클 안정성을 측정하였고, 그 결과를 도 9c에 도시하였다. 상기 혼합 바인더와 비교하기 위하여 피브린 또는 알긴산으로 된 단일 바인더 및 Si-F1A1에 대하여도 동일한 실험을 하였다. 가장 나쁜 사이클 특성은 Si-Alg 및 Si-F1A1에서 관찰되었으며, 이는 피브린이 없거나 너무 부족하게 포함된 결과이다. 반면 피브린이 4배 더 첨가된 Si-F4A1에서는 피브린 단일 바인더에 비하여 용량이 현저히 상승하는 것을 확인할 수 있다. 또한 여기에 양이온은 10μl 더 첨가한 경우에는 500사이클 이후에도 740mAh/g의 용량이 유지되어 용량의 53%가 유지되는 것을 확인할 수 있다. In addition, based on the above results, the cycle stability of Si-F4A1 and Si-F4A1-10Ca, which showed excellent speed performance by running 500 cycles at 0.5 C, was measured, and the results are shown in FIG. 9c. In order to compare with the mixed binder, the same experiment was performed on a single binder made of fibrin or alginic acid and Si-F1A1. The worst cycle characteristics were observed for Si-Alg and Si-F1A1, which resulted from either no fibrin or too little fibrin. On the other hand, in Si-F4A1 in which fibrin was added 4 times more, it was confirmed that the capacity was significantly increased compared to the fibrin single binder. In addition, when 10 μl of positive ions were added here, the capacity of 740 mAh/g was maintained even after 500 cycles, confirming that 53% of the capacity was maintained.

도 10은 F4A1-10Ca를 바인더로 사용하고 Si 음극활물질:바인더: Super P 의 중량비를 달리하여 전지의 사이클에 따른 용량을 측정한 것이다. 그래프에서 65:15:20(도면에서는 Si:Super P:바인더의 중량비 65:20:15)의 중량비로 제조된 경우 가장 좋은 용량 효율을 보여주고 있다. 바인더의 양이 10wt%까지 감소한 경우에, 용량 유지는 500사이클 후 33%였고, 이는 65:15:20의 경우(53%)보다 1.6배 낮아졌다. 바인더의 양을 5wt%까지 감소시키면, 용량 유지는 17%까지 낮아졌다.10 shows the measurement of capacity according to cycles of a battery by using F4A1-10Ca as a binder and varying the weight ratio of Si anode active material:binder:Super P. In the graph, the best capacity efficiency is shown when prepared at a weight ratio of 65:15:20 (in the drawing, the weight ratio of Si:Super P:binder is 65:20:15). When the amount of binder was reduced to 10 wt%, the capacity retention was 33% after 500 cycles, which was 1.6 times lower than that of 65:15:20 (53%). When the amount of binder was reduced to 5 wt%, the capacity retention was lowered to 17%.

또한 각 전극에 대한 속도 성능과 사이클 안정성은 유사한 경향을 보였다. 도 9b에서 각각의 양이온 첨가량에 따른 사이클 안정성은 10μl 첨가한 경우에 가장 높게 나타났으며(도 11a), 도 9c의 각각의 전극에 대한 속도 성능도 Si-F4A1-10Ca에서 가장 높게 나타났다(도 11b).Also, the rate performance and cycle stability for each electrode showed similar trends. In FIG. 9b, the cycle stability according to the amount of each cation added was the highest when 10 μl was added (FIG. 11a), and the rate performance for each electrode in FIG. 9c was also the highest in Si-F4A1-10Ca (FIG. 11b). ).

이러한 결과는 강성(stiffness)이 높을수록 전기화학적 특성이 반드시 향상되는 것은 아니라는 점을 확인시켜주는 것이다. 높은 강성을 가지는 재료인 피브린보다 피브린에 알긴산 또는 알긴산과 양이온을 혼합한 바인더가 더 우수한 속도 성능과 사이클 안정성을 보이고 있기 때문이다. 또한 이는 피브린과 알긴산 또는 피브린, 알긴산 및 양이온이 혼합되어 형성되는 네트워크가 강성과 응력 완화 사이의 균형을 맞추고 전기화학적 성능을 향상시켜주는 경로를 제공하기 때문이다. These results confirm that the higher the stiffness, the higher the electrochemical properties are not necessarily improved. This is because a binder obtained by mixing alginic acid or alginic acid with cations in fibrin shows better rate performance and cycle stability than fibrin, which is a material with high stiffness. In addition, this is because the network formed by mixing fibrin and alginic acid or fibrin, alginic acid and cations balances stiffness and stress relaxation and provides a path to improve electrochemical performance.

도 12은 각각의 샘플에 대해 쿨롱 효율(C.E) 대(vs.) 사이클 수의 비교 플롯을 나타낸다. 모든 샘플에서 1사이클 후 C.E가 거의 90%에 도달하고, 100 사이클 후에는 99%에 도달하여 높은 리튬화/탈리튬화 가역성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.12 shows a comparative plot of C.E. versus cycle number for each sample. In all samples, C.E reached almost 90% after 1 cycle and reached 99% after 100 cycles, indicating high lithiation/delithiation reversibility.

(4) 혼합 바인더의 전기화학적 임피던스 분광 측정(4) Electrochemical impedance spectroscopic measurement of mixed binders

상기 혼합 바인더의 전기화학적 특성을 측정한 결과에서 가장 우수한 성능을 보인 Si-F4A1-10Ca에 대하여 전기화학적 성능의 요인을 확인하기 위하여 전기화학적 임피던스 분광법(EIS, electrochemical impedance spectroscopy)를 측정하고 그 결과를 도 13에 도시하였다. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was measured to confirm the factors of electrochemical performance for Si-F4A1-10Ca, which showed the best performance in the results of measuring the electrochemical properties of the mixed binder, and the results It is shown in Figure 13.

전기화학적 임피던스 분광법(EIS, Electrochemical impedance spectroscopy; Ivium-n-Stat, Ivium Technologies, Netherlands)은 1MHz ~ 0.01Hz 주파수 범위에 걸쳐 5mV 교류(AC) 전압을 적용하여 수행하였다. EIS 스펙트럼은 사이클 과정에 걸쳐 두 가지 다른 충전 상태(리튬화된 경우 0.01V 및 탈리튬화된 경우 1.0V)에서 수집되었다.Electrochemical impedance spectroscopy (EIS; Ivium-n-Stat, Ivium Technologies, Netherlands) was performed by applying a 5 mV alternating current (AC) voltage over a frequency range of 1 MHz to 0.01 Hz. EIS spectra were collected at two different states of charge (0.01 V for lithiation and 1.0 V for delithiation) over the course of a cycle.

Si-F4A1-10Ca에 대해 초기 개방 회전 전압에서 Nyquist plot을 측정하였고 이어서 1, 10, 30, 50 및 100번째 사이클에서 리튬화 및 탈리튬화 상태를 측정하여 도 13a, b에 도시하였고, 비교를 위하여 Si-Alg에 대하여 동일하게 실험하여 도 13c, d에 도시하였다. 도 11e, f는 각 단계에서 SEI층의 저항(RSEI) 및 전하 이동에 대한 저항(Rct)을 등가 회로(도 13a에 삽입)에 대한 스펙트럼으로 맞추어 추출한 것이다.For Si-F4A1-10Ca, the Nyquist plot was measured at the initial open rotation voltage, and then the lithiation and delithiation states were measured at the 1st, 10th, 30th, 50th and 100th cycles, shown in Fig. 13a, b, and comparison In order to do so, the same experiment was performed for Si-Alg and is shown in FIGS. 13c and d. 11e and f are extracted by fitting the resistance of the SEI layer (R SEI ) and the resistance to charge transfer (R ct ) into the spectrum for an equivalent circuit (inserted in FIG. 13a) at each stage.

도 13e, f에서 Si-F4A1-10Ca는 100 사이클 동안 모든 경우에서 Si-Alg보다 RSEI 및 Rct 값이 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 작은 저항은 상기 속도 성능 및 사이클 안정성에 대한 실험결과에서 Si-F4A1-10Ca의 성능이 우수하게 나타나는 것을 뒷받침할 수 있다. 또한 SEI 층에서 리튬 이온의 이동 및 계면에서의 전하 이동이 바인더의 특성이 많은 영향을 미친다는 것을 의미한다.13e and f, it can be seen that Si-F4A1-10Ca has smaller R SEI and R ct values than Si-Alg in all cases during 100 cycles. Such a small resistance can support the excellent performance of Si-F4A1-10Ca in the experimental results for the speed performance and cycle stability. It also means that the movement of lithium ions in the SEI layer and the movement of charges at the interface have a great influence on the properties of the binder.

4. 혼합 바인더에 대한 박리력 테스트4. Peel Force Test for Mixed Binders

극판에 대한 접착력이 강할수록 전극의 기계적 무결성이 좋아지고 이는 사이클 안정성 및 속도 성능과 같은 전기화학적 성능에 영향을 미친다. 단일 바인더와 마찬가지로 혼합 바인더에 대하여도 박리력을 테스트하여 도 15a에 도시하고 시험 결과 이미지를 도 14에 도시하였다. 실험은 단일 바인더와 동일한 방법으로 진행하였다. The stronger the adhesion to the electrode plate, the better the mechanical integrity of the electrode, which affects the electrochemical performance such as cycle stability and rate performance. As with the single binder, the peel force of the mixed binder was tested and shown in FIG. 15A, and an image of the test result is shown in FIG. 14. The experiment was conducted in the same way as for a single binder.

실험은 도 9c와 동일한 전극에 대하여 진행하였고, 박리력 시험 결과도 도 9c의 실험 결과와 유사한 경향을 따르는 것을 확인할 수 있다. Si-F4A1-10Ca에서 가장 높은 값인 6.9N이 측정되었고, 이에 이어 Si-F4A1에서는 6.1N, Si-Fib에서는 4.2N, Si-F1A1에서는 1.3N, Si-Alg에서는 0.7N으로 측정되었다. 이와 같은 차이는 박리력 테스트 결과는 광학 현미경 이미지에서도 다시 확인할 수 있다. Si-F4A1-10Ca 및 Si-F4A1는 구리 기판의 표면이 거의 드러나지 않는 반면, Si-F1A1에서는 많은 부분이 드러나는 것을 확인할 수 있다. The experiment was conducted with respect to the same electrode as in FIG. 9c, and it can be seen that the peel force test results follow a similar trend to the experimental result of FIG. 9c. The highest value of 6.9N was measured for Si-F4A1-10Ca, followed by 6.1N for Si-F4A1, 4.2N for Si-Fib, 1.3N for Si-F1A1, and 0.7N for Si-Alg. This difference can be confirmed again in the optical microscope image of the peel force test result. In Si-F4A1-10Ca and Si-F4A1, the surface of the copper substrate is barely exposed, whereas in Si-F1A1, a large portion is exposed.

본 박리력 테스트를 통하여 피브린과 알긴산이 혼합된 바인더를 적정한 비율로 포함하는 전극이 우수한 전극 무결성을 가지고 앞서 시험한 전기화학적 성능을 뒷받침하는 것을 확인할 수 있다.Through this peel force test, it can be confirmed that the electrode containing the fibrin-alginic acid mixed binder at an appropriate ratio has excellent electrode integrity and supports the electrochemical performance tested above.

5. 혼합 바인더의 기계적 특성 측정5. Measurement of mechanical properties of mixed binders

(1) 전동 전단 변형율 측정(1) Measurement of rolling shear strain

전극 무결성과 바인더의 기계적 특성의 관계를 알아보기 위하여 진동 전단 유변학(oscillatory shear rheology)를 사용하여 각각의 바인더의 저장(G') 및 손실(G") 계수를 측정하여 도 15b에 도시하였다. In order to examine the relationship between electrode integrity and mechanical properties of the binder, the storage (G′) and loss (G″) moduli of each binder were measured using oscillatory shear rheology, and are shown in FIG. 15B.

본 측정은 Advanced rheometric expansion system(ARES, TA Instruments. USA)을 이용하여 수용성 바인더의 기계적 특성을 측정하였다. 0.1~100rad/s의 각주파수(ω) 범위에 걸쳐 작은 진폭 γ0=1%(선형 영역에서)을 가진 진동 전단 변형률(oscillatory shear strain)을 부과하여 저장 계수(G') 및 손실 계수(G")를 수집하였다. In this measurement, the mechanical properties of the water-soluble binder were measured using an advanced rheometric expansion system (ARES, TA Instruments. USA). Storage modulus (G') and dissipation modulus (G ") were collected.

측정된 가장 높은 각주파수(ω)에서 알긴산은 점성 유체처럼 거동하였고, 이는 손실계수(G")가 저장계수(G')보다 큰 것을 의미한다. 대조적으로, 피브린, F4A1-10Ca 및 F4A1에서는, 저장계수가 모든 각주파수 값에서 손실계수보다 우세하였으며 이는 탄성 고체와 더 유사한 것을 의미한다. At the highest measured angular frequency (ω), alginate behaves like a viscous fluid, which means that the loss coefficient (G") is larger than the storage modulus (G'). In contrast, in fibrin, F4A1-10Ca and F4A1, The storage modulus dominates the dissipation factor at all angular frequency values, which means that it is more like an elastic solid.

그러나 세부적으로 살펴보면 약간의 차이가 있다. ω=1rad/s에서, 피브린은 가장 높은 강성(G'=29kPa)과 가장 낮은 응력 완화(stress relaxation)(G"=5.4kPa)를 보여준다. 피브린이 알긴산과 4:1의 중량비로 혼합된 경우(F4A1), 강성(G"=26kPa)은 ~12% 정도만 감소하였지만 응력 완화 능력(G"=8.6kPa)은 ~60%까지 향상되었다. 이는 F4A1에서 알긴산 사슬의 이온 가교 결합이 재료의 기계적 특성을 눈에 띄게 향상시키기 때문에 일어나는 결과이다. 게다가 양이온까지 첨가된 F4A1-10Ca의 G'는 28kPa로 나타나 피브린과 비슷했지만 G"는 7.9kPa로 F4A1과 비슷했다. 결과적으로, Si 전극에서 F4A1-10Ca는 전극 구성요소들을 단단하게 바인딩함과 동시에 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다. However, if you look closely, there are some differences. At ω = 1 rad/s, fibrin shows the highest stiffness (G' = 29 kPa) and the lowest stress relaxation (G" = 5.4 kPa). When fibrin is mixed with alginate in a weight ratio of 4:1 (F4A1), the stiffness (G"=26kPa) decreased by only ~12%, but the stress relaxation ability (G"=8.6kPa) was improved by ~60%. In addition, G' of F4A1-10Ca with cations added was 28 kPa, similar to fibrin, but G" was 7.9 kPa, similar to F4A1. As a result, in the Si electrode, F4A1-10Ca can bind electrode components firmly and effectively relieve stress at the same time.

이러한 결과는 또한 부착력과 전기화학적 성능을 향상시키는 요인이 될 수 있다. 양이온을 첨가하였을 때 G"의 감소가 G'의 증가만큼 크지 않은 이유는 명확하게 알 수 없지만, 아마도 고분자 사슬 운동에서 이온 가교 결합이 공유 가교 결합보다 제한이 적기 때문인 것으로 보인다. 도 15c는 각 바인더들의 관계를 시각화하기 위하여 1rad/s(G'/G")에서 G'와 G" 사이의 비율에 대한 함수로서 부착력(왼쪽 축) 및 500번째 사이클 용량(오른쪽 축)의 플롯을 나타낸다(여기에서 G'/G"=1/tan(δ)이고 δ는 위상 변이이다). 여기에서 낮은 G'/G"(0.3)과 높은 δ(73˚)를 가진 알긴산은 전극의 구성요소들의 위치를 고정시켜 바인딩하기에는 너무 부드럽고, 반면 높은 G'/G"(5.3)과 낮은 δ(10˚)를 가지는 피브린은 응력을 완화하기에는 강성이 너무 크다. 반면 피브린과 알긴산이 적정 비율로 혼합되어 가교 결합을 형성하면 응력 완화 능력이 생기고, 그 결과로 F4A1-10Ca 바인더는 G'/G"=3.5(피브린과 비교하여 ~34% 감소)와 δ=16˚(피브린과 비교하여 ~60% 증가) 값을 가져 최고의 부착력과 용량 유지력을 갖게 된다. F1A1은 G'/G"(5.1)와 δ(11˚) 값을 가져 피브린과 비슷하지만, 부착력과 사이클링 안정성은 피브린보다 낮은 값을 가지며, 이는 F1A1의 G'가 너무 낮은 값을 갖기 때문이다(8.1kPa로 피브린 보다 ~3.6배 적은 값을 가진다).These results can also be factors that improve adhesion and electrochemical performance. The reason why the decrease in G" is not as large as the increase in G' when cations are added is not clear, but it is probably because ionic cross-links are less restrictive than covalent cross-links in polymer chain motion. Figure 15c shows each binder. Plots of adhesion force (left axis) and 500th cycle capacity (right axis) as a function of the ratio between G' and G" at 1 rad/s (G'/G") are shown to visualize the relationship between G'/G" = 1/tan(δ) and δ is the phase shift). Here, alginate with low G'/G" (0.3) and high δ (73˚) is too soft to bind and fix the position of the components of the electrode, whereas with high G'/G" (5.3) and low δ ( 10˚) is too stiff to relieve stress. On the other hand, when fibrin and alginate are mixed in an appropriate ratio to form cross-links, stress relaxation ability is obtained, and as a result, the F4A1-10Ca binder has G'/G"=3.5 (~34% reduction compared to fibrin) and δ=16 F1A1 has G'/G"(5.1) and δ(11˚) values, similar to fibrin, but has excellent adhesion and capacity retention. Stability has a lower value than fibrin because the G' of F1A1 has a very low value (~3.6 times less than fibrin at 8.1 kPa).

각각의 바인더에 대한 이러한 경향 각 주파수(ω)를 다르게 설정하고 측정한 도 16에서도 유사하게 나타난다.This tendency for each binder is similarly shown in FIG. 16 where the angular frequency ω is set and measured differently.

이러한 결과는 강성과 응력 완화 능력 사이의 균형이 매우 중요하다는 것을 확인시켜준다.These results confirm that the balance between stiffness and stress relaxation ability is very important.

(2) 크리프 변형률 측정(2) Creep strain measurement

또한 사이클 동안 Si의 부피 변화는 바인더를 변형시킬 정도로 상당한 양의 기계적 응력을 발생시킨다. 따라서 이러한 전극의 기계적 특성을 시험하기 위하여 70kPa의 일정한 응력을 가하여 크리프 변형률을 시간의 함수로 모니터링하였고, 그 결과를 도 15d에 도시하였다.Also, the change in volume of Si during cycling generates a significant amount of mechanical stress enough to deform the binder. Therefore, in order to test the mechanical properties of these electrodes, a constant stress of 70 kPa was applied and the creep strain was monitored as a function of time, and the results are shown in FIG. 15D.

알긴산은 점성 특성 때문에 응력에 노출된 후 몇 초 만에 크리프 변형률(εс)이 매우 크게 증가했다. 피브린은 초기에는 크리프 변형률이 작게 나타났으나, 높은 강성 때문에 ~25초에서 갑자기 증가하였다. 이상적인 점탄성 거동은 F4A1-10Ca와 F4A1의 일부분에서 나타났다. F4A1-10Ca은 초기에는 크리프 변형률이 빠르게 증가했지만 알긴산만큼은 아니었고, 어느정도 증가한 후에는 완만하게 증가하는 기울기를 나타냈다. 그 이후로도 크리프 변형률의 급격한 증가는 나타나지 않았다. 이러한 거동은 저장계수(G')와 손실계수(G") 사이의 최적의 균형이 바인더의 특성에 영향을 크게 미친다는 것을 다시 한 번 더 확인시켜주는 것이며, 피브린과 알긴산에 대하여는 F4A1-10Ca이 가장 좋은 비율인 것을 보여주는 것이다. 또한 반유연성(semi-flexibility)을 갖는 피브린만 있는 경우와 비교했을 때, 혼합 바인더가 유연한 알긴산의 구조를 자유롭게 변형함으로써 응력을 더 잘 분산시킬 수 있는 것을 보여주는 것이다. F1A1는 초반에는 F4A1-10Ca와 유사한 경향을 보였지만 ~5초에서 급격하게 증가하였고, 이는 낮은 저장 계수 때문인 것으로 보인다. Due to the viscous nature of alginate, the creep strain (ε с ) increased very significantly within a few seconds after exposure to stress. Fibrin initially showed a small creep strain, but suddenly increased at ~25 sec because of its high stiffness. The ideal viscoelastic behavior appeared in F4A1-10Ca and part of F4A1. Creep strain of F4A1-10Ca increased rapidly at the beginning, but not as much as that of alginate, and after a certain increase, it showed a gentle increasing slope. Since then, no sharp increase in creep strain has been observed. This behavior confirms once again that the optimal balance between the storage modulus (G') and the dissipation modulus (G") greatly affects the properties of the binder, and for fibrin and alginate, F4A1-10Ca Compared to the case of fibrin alone, which has semi-flexibility, it shows that the mixed binder can better distribute the stress by freely transforming the flexible alginate structure. F1A1 initially showed a similar trend to F4A1-10Ca, but increased rapidly at ∼5 s, likely due to its low storage modulus.

상기 크리프 측정 결과는 유변학에서 관찰된 결과와도 일치하며, 탄성과 점성 특성 사이의 균형이 매우 중요하다는 것을 보여준다.The creep measurement results are also consistent with the results observed in rheology, and show that the balance between elastic and viscous properties is very important.

6. 전극의 사이클 전/후 전극 두께 측정6. Electrode thickness measurement before/after electrode cycle

전극의 사이클 전 후의 변화는 바인더의 바인딩 능력을 보여주는 것이다. 전극의 사이클 전/후 두께 변화를 관찰하기 위하여 집속 이온빔(FIB; Tescan Anber, Tescan Brno s.r.o., Czech Republic)을 이용하여 밀링된 샘플의 단면 SEM 이미지에서 두께를 측정하여 도 17에 도시하였다.The change of the electrode before and after cycling shows the binding ability of the binder. In order to observe the thickness change before and after the cycle of the electrode, the thickness was measured in the cross-sectional SEM image of the milled sample using a focused ion beam (FIB; Tescan Anber, Tescan Brno s.r.o., Czech Republic) and shown in FIG. 17.

도 17는 각각 Si-Fib, Si-F4A1, Si-F4A1-10Ca, 및 Si-Alg의 100 사이클 전/후에 대한 FIB 밀링 단면을 순서대로 나타낸 것이다. 두께(t) 변화는 [식 1]로 정의되었다.17 sequentially shows cross sections of FIB milling before and after 100 cycles of Si-Fib, Si-F4A1, Si-F4A1-10Ca, and Si-Alg, respectively. The change in thickness (t) was defined by [Equation 1].

[식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 [식 1]에 의하여 계산된 각 전극에 대한 두께 변화는 Si-F4A1-10Ca가 25%로 가장 작았고, 그 뒤를 이어 Si-F4A1가 30%, Si-Fib가 44%, Si-Alg가 76%의 두께 변화를 보였다.The change in thickness for each electrode calculated by [Equation 1] was the smallest at 25% for Si-F4A1-10Ca, followed by 30% for Si-F4A1, 44% for Si-Fib, and 76% for Si-Alg. percent change in thickness.

이와 같은 결과는 F4A1-10Ca가 Si 부피 변화를 완충하고 전극 무결성을 보존하는데 가장 효과적이라는 것을 확인시켜주는 것이며, 앞서 실험한 전극의 특성과도 일치하는 결과이다.These results confirm that F4A1-10Ca is most effective in buffering the Si volume change and preserving electrode integrity, and is consistent with the characteristics of the electrodes tested above.

7. 전극의 사이클 후 형태 분석 7. Morphology analysis after cycling of electrodes

각 바인더의 바인딩 성능을 평가하기 위하여 전극의 사이클 전/후 표면을 관찰하였다. 전극의 사이클 전/후 표면의 형태를 분석하기 위하여 주사전자현미경(SEM; CX-200, COXEM, Korea)를 이용하여 시료의 형태를 관찰하였고, 도 18 내지 20에 도시하였다.In order to evaluate the binding performance of each binder, the surface of the electrode before and after cycling was observed. In order to analyze the shape of the surface before/after the cycle of the electrode, the shape of the sample was observed using a scanning electron microscope (SEM; CX-200, COXEM, Korea), and is shown in FIGS. 18 to 20.

도 18는 각각 Si-Fib, Si-F4A1, Si-F4A1-10Ca, 및 Si-Alg의 100 사이클 전/후의 평면 뷰(plane-view) 이미지를 순서대로 나타낸 것이다. 도 19은 도18의 SEM 이미지를 분석하여 각 전극들에 대한 균열 밀도를 계산한 것이고, 도 20은 도 18와 전극의 구성이 동일한 다른 샘플을 제조하여 동일한 실험을 하고 균열 밀도를 계산한 것이다. 세 이미지 모두 Si-F4A1, Si-F4A1-10Ca에서 균열의 깊이가 얕고 및 균열의 수가 적게 나타나는 것을 관찰할 수 있으며, 계산된 균열의 밀도도 이를 뒷받침한다. 도 19에서 계산된 균열의 밀도(Φc)는 각각 Si-Fib(8.2%), Si-F4A1(6.4%), Si-F4A1-10Ca(4.8%), 및 Si-Alg(13%)로 나타났다. 또한 도 20에서 계산된 균열의 밀도(Φc)는 각각 Si-Fib(4.4%), Si-F4A1(1.8%), Si-F4A1-10Ca(1.1%), 및 Si-Alg(11.1%)로 나타났다.FIG. 18 sequentially shows plane-view images of Si-Fib, Si-F4A1, Si-F4A1-10Ca, and Si-Alg before and after 100 cycles, respectively. FIG. 19 is the analysis of the SEM image of FIG. 18 to calculate the crack density for each electrode, and FIG. 20 is another sample having the same configuration of the electrode as in FIG. 18 manufactured and the same experiment performed and the crack density calculated. In all three images, it can be observed that the crack depth and the number of cracks are small in Si-F4A1 and Si-F4A1-10Ca, and the calculated crack density also supports this. The crack densities (Φ c ) calculated in FIG. 19 were Si-Fib (8.2%), Si-F4A1 (6.4%), Si-F4A1-10Ca (4.8%), and Si-Alg (13%), respectively. . In addition, the crack density (Φ c ) calculated in FIG. 20 was Si-Fib (4.4%), Si-F4A1 (1.8%), Si-F4A1-10Ca (1.1%), and Si-Alg (11.1%), respectively. appear.

상기 두께 변화를 측정한 결과와 마찬가지로 사이클 후 F4A1와 F4A1-10Ca에서 균열이 가장 적게 관찰되는 것을 확인할 수 있고, 이는 이들 바인더가 최적의 강성과 응력 완화 능력 비율을 가짐으로써 전극을 강하게 바인딩하면서도 변형을 잘 일어나지 않는 것을 의미한다. Similar to the result of measuring the thickness change, it can be seen that the least amount of cracks is observed in F4A1 and F4A1-10Ca after cycling, which means that these binders have an optimal ratio of stiffness and stress relaxation ability, thereby strongly binding the electrode while reducing deformation It means that it doesn't happen very well.

이러한 형태적 안정성은 부착력 및 전기화학적 성능과도 일치하는 것이다.This morphological stability is also consistent with adhesion and electrochemical performance.

8. 전극의 SEI층 분석8. Analysis of the SEI layer of the electrode

얇고 안정적인 SEI 층은 긴 사이클 수명과 높은 쿨롱 효율을 결정하는 요소이기 때문에, 각각의 전극에 대하여 SEI 층을 분석하였다. Si-Alg, Si-Fib 및 Si-F4A1-10Ca에 대해 초기 상태, 1사이클 후, 100 사이클 후 형성된 SEI 층의 안정성을 평가하였다. X-선 광전자 분광법(XPS; X-TOOL, ULVAC-PHI, Japan) 및 주사 투과 전자 현미경(STEM; JEM-2100F, JEOL, Japan)을 이용하여 평가하였다. 도 21은 C 1s에 대한 XPS 결과이고 도 22은 F 1s에 대한 XPS 결과이다.Since a thin and stable SEI layer is a determining factor for long cycle life and high coulombic efficiency, the SEI layer was analyzed for each electrode. The stability of the SEI layer formed in the initial state, after 1 cycle, and after 100 cycles was evaluated for Si-Alg, Si-Fib and Si-F4A1-10Ca. It was evaluated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS; X-TOOL, ULVAC-PHI, Japan) and scanning transmission electron microscopy (STEM; JEM-2100F, JEOL, Japan). 21 is an XPS result for C 1s and FIG. 22 is an XPS result for F 1s.

도 21에서 1사이클 후 세 가지 전극 모두 ~286(C-O)과 ~288eV(C=O)에서 피크가 나타났고, 이는 SEI 층의 리튬 알킬 카보네이트(ROCOOLI) 및/또는 리튬 카보네이트(Li2CO3)를 나타내는 것이다. 100사이클 후 ~286eV(IC-C/CH)에서 C-C/C-H에 대한 두 피크(IC-O+IC=O)의 적분 강도 비율(r)은 Si-Alg(~0.43)과 Si-Fib(~0.45)에서 거의 일정하게 유지되었다. 그러나, Si-F4A1-10Ca에서 100사이클 후 ROCOOLi와 Li2CO3에 대한 두 피크는 매우 감소하여 r이 ~0.27에 불과한 것을 확인할 수 있다. 이러한 Si-F4A1-10Ca에서의 피크는 더 얇고 더 조밀한 SEI 층이 형성된 것을 의미하고, 이는 EIS 측정에서 Si-F4A1-10Ca의 RSEI 값이 작게 나타나는 것과도 일치한다. 이러한 결과는 F4A1-10Ca 바인더가 Si의 큰 범위의 부피 팽창/수축을 수용하여 Si 표면에 전해질이 계속하여 노출되는 것을 막아주기 때문이다.In FIG. 21, peaks appeared at ~286 (CO) and ~288 eV (C=O) for all three electrodes after 1 cycle, indicating that lithium alkyl carbonate (ROCOOLI) and/or lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) in the SEI layer. will represent The integrated intensity ratio (r) of the two peaks (IC-O+IC=O) for CC/CH at ~286 eV (IC-C/CH) after 100 cycles is Si-Alg (~0.43) and Si-Fib (~ 0.45) remained almost constant. However, after 100 cycles in Si-F4A1-10Ca, the two peaks for ROCOOLi and Li 2 CO 3 were greatly reduced, confirming that r was only ~0.27. The peak in Si-F4A1-10Ca means that a thinner and denser SEI layer is formed, which is consistent with the fact that the R SEI value of Si-F4A1-10Ca is small in the EIS measurement. This result is because the F4A1-10Ca binder accommodates a large range of volume expansion/contraction of Si and prevents continued exposure of the electrolyte to the Si surface.

또한 이러한 경향은 도 22에서도 마찬가지로 나타난다. SEI 필름에서 LiPF6의 분해 생성물인 LixPFyOz은 사이클링 안정성에 도움이 되는 물질이다. Si-F41-10Ca의 경우, ~687eV에서 LixPFyOz 피크의 적분 강도(ILPFO/ILF)와 ~685eV에서 LiF 피크 사이의 비율은 ~0.2로 나타났고, 이는 Si-Alg(~0.12)와 Si-Fib(~0.17)의 비율보다 더 높은 값이다. 따라서 F4A1-10Ca를 바인더로 사용한 경우 높은 사이클링 안정성을 갖는 것을 확인시켜주는 것이다.In addition, this tendency also appears in FIG. 22 as well. Li x PF y O z , a decomposition product of LiPF6 in the SEI film, is a helpful material for cycling stability. In the case of Si-F41-10Ca, the ratio between the integrated intensity (ILPFO/ILF) of the Li x PF y O z peak at ~687eV and the LiF peak at ~685eV was ~0.2, which is equivalent to that of Si-Alg (~0.12). It is a higher value than the ratio of Si-Fib (~0.17). Therefore, when F4A1-10Ca is used as a binder, it is confirmed that it has high cycling stability.

도 23은 Si-Alg, Si-Fib 및 Si-F4A1-10Ca에 대한 100 사이클 후 STEM 이미지(a~f) 및 고속 푸리에 변환(FFT, g~i) 패턴 이미지이며, 이는 XPS 결과와도 일치한다. 특히 STEM의 고배율 이미지(d~f)에서는 Si-F4A1-10Ca의 SEI 층의 두께가 10nm로 측정되어 Si-Fib(18nm) 및 Si-Alg(33nm)보다 매우 얇게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한 FFT 패턴은 각 샘플에 대하여 d 내지 f의 파란색 사각형 부분을 나타낸 것이다. FFT 패턴에서 Si 반사가 없어지기 시작하는 지점이 SEI 층이 시작되는 지점이다.23 shows STEM images (a-f) and fast Fourier transform (FFT, g-i) pattern images after 100 cycles for Si-Alg, Si-Fib and Si-F4A1-10Ca, which are also consistent with the XPS results. . In particular, in the high-magnification images (d to f) of STEM, the thickness of the SEI layer of Si-F4A1-10Ca was measured as 10 nm, confirming that it was formed much thinner than Si-Fib (18 nm) and Si-Alg (33 nm). In addition, the FFT pattern shows the blue square part of d to f for each sample. The point where the Si reflection starts to disappear in the FFT pattern is where the SEI layer begins.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. should be interpreted

Claims (20)

음극활물질;
도전재; 및
피브린을 포함하고, 3차원 구조를 가지고 상기 음극활물질과 도전재를 바인딩하는 수용성 바인더를 포함하는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
negative electrode active material;
conductive material; and
A water-soluble binder containing fibrin and binding the negative electrode active material and the conductive material with a three-dimensional structure,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 음극활물질은,
Si, Li, SiOx, Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, 및 As 중 적어도 어느 하나이거나; 또는
Si, Li, SiOx, Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, 및 As 중 적어도 어느 하나와 탄소물질의 복합체를 포함하는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The anode active material is
at least one of Si, Li, SiO x , Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, and As; or
At least one of Si, Li, SiO x , Sn, Ge, Mg, P, Al, Zn, Pb, Pn, and As and a composite of a carbon material,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 도전재는,
천연 흑연, 인조 흑연, 그래핀, 슈퍼피(super P), 슈퍼씨(super C)와 같은 흑연(graphite)계;
활성탄(active carbon)계;
덴카 블랙(denka black), 케첸 블랙(ketjen black), 채널 블랙(channel black), 퍼니스 블랙(furnace black), 써멀 블랙(thermal black), 컨택트 블랙(contact black), 램프 블랙(lamp black), 아세틸렌 블랙(acetylene black)과 같은 카본 블랙(carbon black)계;
탄소섬유(carbon fiber), 탄소나노튜브(CNT), 풀러렌(fullerene)과 같은 탄소나노구조체; 및
이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The conductive material,
Graphite systems such as natural graphite, artificial graphite, graphene, super P, and super C;
activated carbon (active carbon) system;
denka black, ketjen black, channel black, furnace black, thermal black, contact black, lamp black, acetylene carbon black systems such as acetylene black;
carbon nanostructures such as carbon fibers, carbon nanotubes (CNTs), and fullerenes; and
At least one selected from the group consisting of combinations thereof,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 수용성 바인더는 10kPa 내지 70 kPa의 저장계수(G')을 가지고,
1kPa 내지 20 kPa의 손실계수(G")를 가지는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The water-soluble binder has a storage modulus (G ') of 10 kPa to 70 kPa,
With a loss factor (G") of 1 kPa to 20 kPa,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 수용성 바인더는 104 이하의 크리프 변형률(εc)을 가지는
수용성 바인더를 포함하는 이차 전지용 음극.
According to claim 1,
The water-soluble binder has a creep strain (ε c ) of 10 4 or less
A negative electrode for a secondary battery comprising a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 수용성 바인더는 아마이드기(amide group), 카르복실기(carboxyl group), 하이드록실기(hydroxyl group), 아미노기(amino group), 라이신(lysine), 히스티딘(histidine), 아스파르트 산(aspartic acid), 트레오닌(threonine), 세린(serine), 글루탐 산(glutamic acid), 글리신(glycine), 아르기닌(arginine), 프롤린(proline), 알라닌(alanine), 발린(valine), 이소류신(isoleucine), 류신(leucine), 티로신(tyrosine) 및 페닐알라닌(phenylalanine) 중 적어도 어느 하나의 반응 사이트를 가지고,
상기 반응 사이트는 음극활물질과 수소 결합하는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The water-soluble binder includes an amide group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, lysine, histidine, aspartic acid, threonine ( threonine, serine, glutamic acid, glycine, arginine, proline, alanine, valine, isoleucine, leucine , has at least one reaction site of tyrosine and phenylalanine,
The reaction site hydrogen bonds with the negative electrode active material,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 수용성 바인더는 피브린, 피브린-알긴산 복합체 및 피브린-알긴산-양이온 복합체 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The water-soluble binder includes at least one of fibrin, a fibrin-alginate complex, and a fibrin-alginate-cation complex.
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제7항에 있어서,
상기 피브린-알긴산 복합체는 피브린과 알긴산의 혼합 비율을 조절하여 유변학적 특성을 조절하고,
상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합되는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 7,
The fibrin-alginate complex controls the rheological properties by adjusting the mixing ratio of fibrin and alginic acid,
The fibrin and alginic acid are mixed in a weight ratio of 1:5 to 5:1,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제7항에 있어서,
상기 피브린-알긴산-양이온 복합체는 피브린, 알긴산 및 양이온의 혼합량을 조절하여 유변학적 특성을 조절하고,
상기 피브린과 알긴산은 1:5 내지 5:1의 중량비로 혼합되고,
상기 양이온은 0.01M 내지 1M로 첨가되는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 7,
The fibrin-alginate-cation complex controls the rheological properties by adjusting the mixing amount of fibrin, alginic acid, and cations,
The fibrin and alginic acid are mixed in a weight ratio of 1:5 to 5:1,
The cation is added at 0.01M to 1M,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제7항에 있어서,
상기 피브린-알긴산-양이온 복합체에서,
상기 피브린과 알긴산은 물리적으로 얽혀 상호 침투 구조체 또는 반 상호 침투 구조체를 형성하는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 7,
In the fibrin-alginate-cation complex,
The fibrin and alginate are physically entangled to form an interpenetrating structure or a semi-interpenetrating structure,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제7항에 있어서,
상기 피브린-알긴산-양이온 복합체에서 상기 양이온은 2가 양이온 및 3가 양이온 중 적어도 어느 하나인,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 7,
In the fibrin-alginate-cation complex, the cation is at least one of a divalent cation and a trivalent cation,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 음극활물질, 도전재 및 수용성 바인더는 90:5:5 내지 50:30:20의 중량비를 가지는,
수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The negative electrode active material, the conductive material and the water-soluble binder have a weight ratio of 90:5:5 to 50:30:20,
An anode for a secondary battery containing a water-soluble binder.
제1항에 있어서,
상기 이차전지용 음극은,
이차전지의 충방전 시 부피가 50% 미만으로 팽창하는,
수용성 바인더를 포함하는 이차 전지용 음극.
According to claim 1,
The negative electrode for the secondary battery,
When the secondary battery is charged and discharged, the volume expands to less than 50%.
A negative electrode for a secondary battery comprising a water-soluble binder.
트롬빈, 알긴산 및 양이온 중 적어도 하나 이상을 피브리노겐과 혼합하여 수용성 바인더를 형성하는 단계;
음극활물질, 도전재를 상기 수용성 바인더와 혼합하여 전극용 잉크를 제조하는 단계; 및
상기 전극용 잉크를 건조시키는 단계를 포함하는,
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 음극의 제조방법.
Forming a water-soluble binder by mixing at least one of thrombin, alginic acid, and cations with fibrinogen;
preparing ink for an electrode by mixing a negative electrode active material and a conductive material with the water-soluble binder; and
Including the step of drying the ink for the electrode,
A method of manufacturing a negative electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 13.
제14항에 있어서,
상기 피브리노겐은 트롬빈과 혼합되고,
상기 피브리노겐과 트롬빈은 2:1 내지 1:2의 부피비로 혼합되는,
이차전지용 음극의 제조방법.
According to claim 14,
The fibrinogen is mixed with thrombin,
The fibrinogen and thrombin are mixed in a volume ratio of 2: 1 to 1: 2,
A method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제14항에 있어서,
상기 피브리노겐은 트롬빈 및 알긴산과 혼합되고,
상기 피브리노겐과 트롬빈은 2:1 내지 1:2의 부피비로 혼합되고,
상기 피브리노겐 및 트롬빈이 반응하여 피브린이 생성되고,
상기 피브린과 알긴산은 5:1 내지 1:5의 중량비로 혼합되는,
이차전지용 음극의 제조방법.
According to claim 14,
The fibrinogen is mixed with thrombin and alginic acid,
The fibrinogen and thrombin are mixed in a volume ratio of 2:1 to 1:2,
The fibrinogen and thrombin react to produce fibrin,
The fibrin and alginic acid are mixed in a weight ratio of 5: 1 to 1: 5,
A method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제14항에 있어서,
상기 피브리노겐은 트롬빈, 알긴산 및 양이온과 혼합되고,
상기 피브리노겐과 트롬빈은 2:1 내지 1:2의 부피비로 혼합되고,
상기 피브리노겐 및 트롬빈이 반응하여 피브린이 생성되고,
상기 피브린과 알긴산은 5:1 내지 1:5의 중량비로 혼합되고,
상기 양이온은 0.1M 내지 1M로 혼합되는,
이차전지용 음극의 제조방법.
According to claim 14,
The fibrinogen is mixed with thrombin, alginic acid and cations,
The fibrinogen and thrombin are mixed in a volume ratio of 2:1 to 1:2,
The fibrinogen and thrombin react to produce fibrin,
The fibrin and alginic acid are mixed in a weight ratio of 5:1 to 1:5,
The cation is mixed at 0.1M to 1M,
A method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제14항에 있어서,
상기 양이온은 2가 양이온 및 3가 양이온 중 적어도 어느 하나인,
이차전지용 음극의 제조방법.
According to claim 14,
The cation is at least one of a divalent cation and a trivalent cation,
A method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제14항에 있어서,
상기 음극활물질, 도전재 및 수용성 바인더는 90:5:5 내지 50:30:20의 중량비를 가지는,
이차전지용 음극의 제조방법.
According to claim 14,
The negative electrode active material, the conductive material and the water-soluble binder have a weight ratio of 90:5:5 to 50:30:20,
A method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극을 포함하는 이차전지.
A secondary battery comprising a negative electrode for a secondary battery comprising the water-soluble binder according to any one of claims 1 to 13.
KR1020210187011A 2021-12-24 2021-12-24 Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same KR20230098403A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210187011A KR20230098403A (en) 2021-12-24 2021-12-24 Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210187011A KR20230098403A (en) 2021-12-24 2021-12-24 Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230098403A true KR20230098403A (en) 2023-07-04

Family

ID=87156107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210187011A KR20230098403A (en) 2021-12-24 2021-12-24 Negative electrode for secondary battery containing water-soluble binder and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230098403A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160011587A (en) 2014-07-22 2016-02-01 주식회사 이엠따블유에너지 Silicon secondary battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160011587A (en) 2014-07-22 2016-02-01 주식회사 이엠따블유에너지 Silicon secondary battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102369488B1 (en) Secondary-battery binder composition, slurry composition for secondary-battery electrode, secondary-battery negative electrode, and secondary battery
CN107408669B (en) Silicon-carbon composite anode for lithium ion battery
Zhang et al. A coordinatively cross-linked polymeric network as a functional binder for high-performance silicon submicro-particle anodes in lithium-ion batteries
Bridel et al. Key parameters governing the reversibility of Si/carbon/CMC electrodes for Li-ion batteries
KR102253883B1 (en) Slurry composition for secondary-battery negative electrode, secondary-battery negative electrode, and secondary battery
KR102283287B1 (en) Binder composition for lithium ion secondary battery, slurry composition for lithium ion secondary battery, method for manufacturing electrode for secondary battery, and lithium ion secondary battery
KR102272378B1 (en) Slurry composition for negative electrodes of lithium ion secondary batteries, negative electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery
KR102301032B1 (en) Slurry composition for negative electrodes of lithium ion secondary batteries, negative electrode for lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary battery and production method
US10283759B2 (en) Silicon-based anode and method for manufacturing the same
CN104471752A (en) Composite particle
KR102292440B1 (en) Binder composition for secondary cell electrode, slurry composition for secondary cell electrode, secondary cell electrode, and secondary cell
EP2978051A1 (en) Slurry composition for negative electrode for lithium-ion secondary battery, negative electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery
CN104966818A (en) Core-shell type anode active material for a lithium secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the same
EP3439087A1 (en) Binder composition for electrochemical element electrode, slurry composition for electrochemical element electrode, electrode for electrochemical element, and electrochemical element
TW201841416A (en) Electrode slurry, electrode, manufacturing method thereof, and secondary battery
Kim et al. Blood clot-inspired viscoelastic fibrin gel: new aqueous binder for silicon anodes in lithium ion batteries
KR20160097706A (en) Highly elastic physically corss-linked binder induced by reversible acid-base interaction for high performance silicon anode
CN109819685A (en) Porous silica material and electric conductive polymer binder electrode
CN110921704A (en) Vanadium disulfide @ carbon paper nano material, preparation method thereof and magnesium-lithium double-ion battery
JPWO2017150048A1 (en) Non-aqueous secondary battery electrode binder composition, non-aqueous secondary battery electrode conductive material paste composition, non-aqueous secondary battery electrode slurry composition, non-aqueous secondary battery electrode and non-aqueous secondary battery
KR20190122690A (en) Binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes, conductive material paste composition for non-aqueous secondary battery electrodes, slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes, electrode for non-aqueous secondary battery and non-aqueous secondary battery
JPWO2019065909A1 (en) Binder composition for secondary battery, slurry composition for secondary battery, functional layer for secondary battery, electrode layer for secondary battery and secondary battery
EP3396748B1 (en) Binder composition for non-aqueous secondary battery electrode, slurry composition for non-aqueous secondary battery electrode, electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery
KR20140117013A (en) Binders bring good electrochemical performance and low volume expansion ratio in anode materials with high capacity in which Si, Si-C based composites and Si-alloys-C based composites, for lithium secondary ion battery
JP2022517258A (en) Dynamically bound supramolecular polymer for stretchable batteries

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal