KR20230104039A - 리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물, 음극재 바인더 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물, 음극재 바인더 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 구조 및 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 가지는 공중합체; 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물;을 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00049

[화학식 2]
Figure pat00050

[화학식 3]
Figure pat00051

상기 화학식 1 내지 3에서,
A1, A2, A3은 각각 독립적으로 -(CH2CH2O)x-, -(CH2)y-, -(C(=O))z-, -(C(=O)O)z-이거나, C6 내지 C10의 아릴렌기 및 C5 내지 C10의 2가 지방족 고리 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 직렬 결합 구조이되,
상기 x 및 z는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, y는 1 내지 8의 정수이며,
R1은 C6 내지 C10의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 2가 지방족 고리 중 하나이고,
ion+는 양이온을 나타내며,
m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 5000의 정수이다.

Description

리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물, 음극재 바인더 및 이를 포함하는 이차 전지{Anode binder composition and anode binder for secondary battery including the same compound and secondary battery including the same binder}
본 발명은 리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물, 음극재 바인더 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 음극 표면과의 접착력, 및 이온전도성이 향상되어 전극의 전기화학적 안정성 및 기계적 안정성이 개선되어 전지의 초기 용량 및 수명 특성이 개선될 수 있도록 하는 음극재 바인더 조성물과 음극재 바인더, 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 전지(LIBs, Lithium Ion Batterys)는 전기 자동차(EVs, Electric Vehicles) 및 에너지 저장 시스템(ESSs, Energy Storage Systems)을 비롯한 다양한 분야에서 전도유망한 에너지 변환/저장 소자로 주목받고 있다.
그러나, 현재까지 리튬 이온 전지는 활물질, 특히 음극 활물질의 이론 용량이 낮아 그 에너지 밀도가 대규모 적용에 요구되는 수준을 충족시키지는 못하고 있다. 따라서, 리튬 이온 전지에 있어 높은 에너지 밀도를 얻기 위해서 음극 활물질을 더욱 높은 비용량(specific capacity)을 지닌 실리콘(Si) 소재로 대체하는 방안이 연구 중이다.
리튬 이온 전지의 음극 활물질로 실리콘을 채택하는 것은 셀(전지)의 에너지 밀도를 향상시키고, 보다 고성능의 전지를 구현할 수 있는 방법이 될 수 있다. 그러나, 실리콘을 리튬 이온 전지 음극에 직접 이용하는 경우, 충/방전 시에 실리콘 소재의 부피가 변화함에 따라 전지의 사이클 성능이 열악해지는 결정적인 단점이 존재한다.
따라서, 이러한 단점을 해결하기 위해서는 반드시 일정한 수준으로 전극의 일률성(Uniformity)을 보장하여야 하며, 실리콘 기반 음극 소재를 이용한 리튬 이온 전지의 고성능을 구현하기 위해 이러한 부피 변화 문제는 반드시 해결되어야 할 당면과제이다.
이를 위한 다수의 후보군 중, 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA)은 가장 유력한 음극재 바인더 소재 중 하나이다. 폴리아크릴산은 탁월한 기계적 물성을 지녀 전극의 변형을 효율적으로 지연시킬 수 있는 소재로 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리아크릴산은 실리콘 전극의 급격한 부피의 팽창/수축에 의하여 유발되는 내부적 스트레스를 충분히 잘 관리할 수 없고, 전기 전도성이 없어, 전기 화학적 과정 도중에 실리콘 활물질을 최대한 활용하는 데 제한이 되는 요소로 작용하는 문제가 있다.
이에 따라서, 실리콘 음극재의 급격한 부피 팽창 및 수축에 대하여 스트레스를 잘 관리할 수 있으며, 전기 전도성이 충분한 바인더 소재를 찾을 필요성이 제기되고 있다.
KR 10-2019-0086548 (2019.07.22.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이온 전도성이 향상되고, 실리콘 음극의 전기화학적 안정성 및 기계적 안정성이 개선되고, 리튬 이차 전지의 초기 용량 및 수명 특성을 개선할 수 있는 음극재 바인더 조성물과 음극재용 바인더, 리튬 이차 전지용 음극 및 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 구조 및 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 가지는 공중합체; 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물;을 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 1 내지 3에서,
A1, A2, A3은 각각 독립적으로 -(CH2CH2O)x-, -(CH2)y-, -(C(=O))z-, -(C(=O)O)z-이거나, C6 내지 C10의 아릴렌기 및 C5 내지 C10의 2가 지방족 고리 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 직렬 결합 구조이되,
상기 x 및 z는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, y는 1 내지 8의 정수이며,
R1은 C6 내지 C10의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 2가 지방족 고리 중 하나이고,
ion+는 양이온을 나타내며,
m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 5000의 정수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 공중합체는 랜덤 공중합체일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물의 상기 화학식 1의 A1 및 화학식 2의 A2는 알킬렌기 또는 아릴렌기 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물의 공중합체의 중량평균분자량은 200,000 내지 1,000,000의 범위 내일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물의 화학식 3으로 표시되는 화합물의 중량평균분자량은 200,000 내지 1,000,000의 범위 내일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물의 제1 공중합체에 포함되는 화학식 1의 구조의 함량(a)에 대한 화학식 2의 구조의 함량(b)의 비율(b/a)은 1.0 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 리튬 이차전지 음극재 바인더 조성물의 상기 공중합체 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 합계 함량은 전체 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%의 범위 내일 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 조성물의 중합체로부터 유래한 리튬 이차 전지 음극재 바인더를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더는 하기 화학식 1로 표시되는 구조 및 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 가지는 공중합체로부터 유래한 단위 및 화학식 3으로 표시되는 화합물로부터 유래한 단위의 중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
[화학식 2]
Figure pat00005
[화학식 3]
Figure pat00006
상기 화학식 1 내지 3에서,
A1, A2, A3은 각각 독립적으로 -(CH2CH2O)x-, -(CH2)y-, -(C(=O))z-, -(C(=O)O)z-이거나, C6 내지 C10의 아릴렌기 및 C5 내지 C10의 2가 지방족 고리 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 직렬 결합 구조이되,
상기 x 및 z는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, y는 1 내지 8의 정수이며,
R1은 C6 내지 C10의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 2가 지방족 고리 중 하나이고,
ion+는 양이온을 나타내며,
m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 5000의 정수이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 음극재 바인더는 상기 화학식 2가 포함하는 히드록실기의 적어도 일부와 상기 화학식 3이 포함하는 아미노기의 적어도 일부가 결합된 구조를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 히드록실기와 상기 아미노기의 결합 구조는 화학적 가교 결합일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더는 상기 화학식 1이 포함하는 산소의 적어도 일부와 상기 화학식 3이 포함하는 아미노기의 적어도 일부가 가교 결합된 구조를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 산소와 상기 아미노기의 결합 구조는 물리적 가교 결합일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리튬 이차전지 음극재 바인더의 제1 공중합체에 포함되는 화학식 1의 구조의 함량(a)에 대한 화학식 2의 구조의 함량(b)의 비율(b/a)은 1.0 이하일 수 있다.
본 발명은 또한, 실리콘(Si) 활물질; 집전체; 및 상술한 음극재 바인더 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극재를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 음극재는 상기 음극재 바인더와 상기 실리콘 활물질을 1:1 내지 1:15의 중량비로 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상술한 음극재로부터 형성된 음극; 리튬 산화물을 포함하는 양극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물 및 바인더는 이온 전도성이 향상된 음극재 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지 바인더 조성물 및 바인더는 실리콘 음극의 충방전에 따른 팽창/수축에 효과적으로 대응할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지 바인더 조성물 및 바인더는 실리콘 음극의 전기화학적 안정성 및 기계적 안정성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지 바인더 조성물 및 바인더는 리튬 이차 전지의 초기 용량 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에서 사용된 용어의 의미를 정의한다.
본 명세서에서, 별도로 설명되어 있지 않다면, 치환기가 “치환 또는 비치환”되어 있다는 것은 상기 치환기가 헤테로 원자 또는 후술할 작용기에 의하여 치환된 경우와 치환되지 않은 경우를 모두 포함한다는 의미이다.
본 명세서에서, "알킬기(alkyl group)"는 1가 지방족 탄화수소 그룹을 의미한다. 상기 알킬기는 선형(unbranched)과 분지형(branched)을 포함한다. 알킬기는 예컨대 메틸기(methyl), 에틸기(ethyl), 프로필기(propyl), 이소프로필기(isopropyl), n-부틸기(n-butyl), n-펜틸기(n-pentyl) 및 n-헥실기(n-hexyl)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서, "알킬렌기(alkylene group)"는 2가의 지방족 탄화수소 그룹을 의미한다. 상기 알킬렌기는 예컨대 메틸렌(methylene), 에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene), 부틸렌(butylene), 펜틸렌(pentylene) 및 헥실렌기(hexylene) 중에서 선택된 하나를 나타낸다. 그러나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, "헤테로원자"는 탄소 및 수소 이외의 원자를 의미하며, 구체예로 산소(O), 황(S), 질소(N), 인(P)등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서, "아릴기(aryl group)"는 1가의 공유 파이(π) 전자계를 가지고 있는 방향족(aromatic) 치환기로서, 1환계(monocyclic) 또는 2환 이상의 다환계(polycyclic)를 포함하고, 고리의 모든 원소가 탄소로 이루어진 것을 의미한다. 아릴기는 치환 및 비치환된 것을 모두 포함한다. 아릴기의 예에는
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및
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가 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서, “아릴렌기(arylene group)”는 2가의 방향족 치환기로서, 상기 아릴기에서 하나의 결합팔을 더 갖는 형태를 나타낸다.
본 명세서에서 "헤테로아릴기(heteroaryl group)는 1가의 공유 파이 전자계를 갖고 있는 방향족 치환기로서, 고리를 이루는 원자 중 적어도 하나가 헤테로원자인 것을 의미한다. 헤테로아릴기의 예에는
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및
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가 있다.
여기서 Rm은 H, C1 내지 C20의 알킬기 또는 C3 내지 C14의 헤테로아릴기이다.
또한, 본 명세서에서, “헤테로아릴렌기(heteroarylene group)”는 2가의 공유 파이 전자계를 갖는 방향족 치환기로서, 상기 헤테로아릴기에서 하나의 결합팔을 더 갖는 형태를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서, 치환기가 "단일 결합"이라는 것은, 해당 치환기가 없이 양쪽의 원자가 직접 결합되어 있는 형태를 의미하는 것이다. 예를 들어, CH3-A-CH3 형태의 분자에서 치환기 A가 단일 결합인 경우 상기 분자의 화학식은 CH3-CH3이다.
이하, 본 발명의 구성 및 효과에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 종래 실리콘계 음극에서 사용하던 폴리아크릴산 바인더는 낮은 전기전도도 및 스트레스(응력) 관리의 어려움으로 인하여 전지의 전기화학적 안정성 및 기계적 안정성에 문제가 있음을 깨닫고 이를 개선할 수 있는 음극재 바인더를 개발하기 위하여 연구에 박차를 가하여 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극재 바인더를 발명하기에 이르렀다.
1. 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물
본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물은 제1 공중합체와, 상기 제1 공중합체와 상이한 제2 공중합체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 「공중합체」란, 구조 및/또는 성분이 상이한 복수의 단량체가 결합된 구조의 화합물을 의미할 수 있으며, 그 형태에 따라 블록 공중합체와 랜덤 공중합체로 구별될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물은 술폰산기를 포함하는 제1 공중합체와, 아민기를 포함하는 제2 공중합체를 함께 포함할 수 있으며, 이를 통해 기존에 사용되었던 폴리아크릴산에 비하여 내부 스트레스(응력) 관리가 용이하며, 전기 전도성 내지 이온 전도성이 우수하여 전지의 충전 및 방전에 따른 음극의 변형을 효율적으로 지연시킬 수 있으면서도 우수한 전지 성능 발휘가 가능하다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 구조 및 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 가지는 공중합체; 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물;을 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물을 제공할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00039
[화학식 2]
Figure pat00040
[화학식 3]
Figure pat00041
상기 화학식 1 내지 3에서,
A1, A2, A3은 각각 독립적으로 -(CH2CH2O)x-, -(CH2)y-, -(C(=O))z-, -(C(=O)O)z-이거나, C6 내지 C10의 아릴렌기 및 C5 내지 C10의 2가 지방족 고리 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 직렬 결합 구조이되,
상기 x 및 z는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, y는 1 내지 8의 정수이며,
R1은 C6 내지 C10의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 2가 지방족 고리 중 하나이고,
ion+는 양이온을 나타내며,
m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 5000의 정수이다.
상기 구조식에서 양이온은, 1가 양이온, 2가 양이온 또는 3가 양이온일 수 있으며, 구체예로 Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, B3+, Al3+. Ga3+ 등을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예시에서, 상기 공중합체는 랜덤 공중합체일 수 있다. 상기 화학식 1의 구조와 화학식 2의 구조가 랜덤 공중합체로 결합됨으로써 후술하는 화학식 3으로 표시되는 화합물과의 결합 위치가 랜덤하게 분산될 수 있으며, 균일한 결합력을 가질 수 있다.
상기 공중합체에 포함되는 상기 화학식 1의 구조의 함량(a)에 대한 상기 화학식 2의 구조의 함량(b)의 비율(b/a)은 1.0 이하일 수 있다. 상기 함량의 비율은 몰비를 기준으로 환산한 것으로, 상기 비율(b/a)이 1.0 이하라는 것은 화학식 1의 구조의 몰비가 화학식 2의 구조의 몰비 이상인 것을 의미할 수 있다. 상기 화학식 1의 구조의 함량과 상기 화학식 2의 구조의 함량이 상기 비율을 만족하는 경우 후술하는 바와 같이 충분한 양의 2차 결합을 형성하여 실리콘을 적용한 음극의 부피 변화에 대한 대응력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공중합체의 화학식 1의 A1 및 화학식 2의 A2는 알킬렌기 또는 아릴렌기 구조를 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 제1 공중합체의 화학식 1의 A1 및 화학식 2의 A2는 알킬렌기 또는 아릴렌기 구조를 가진다는 것은, 화학식 1의 주쇄와 술폰산기의 사이에 알킬렌기 또는 아릴렌기가 링커로 결합되어 있는 것을 의미할 있으며, 화학식 2의 주쇄와 카르복실기의 사이에 알킬렌기 또는 아릴렌기가 링커로 연결되어 있는 것을 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 아릴렌기의 존재로 인하여 제1 공중합체는 측쇄가 발달한 구조를 가질 수 있으며, 물리적 가교를 형성하기 쉬운 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물의 공중합체의 중량평균분자량은 200,000 내지 1,000,000의 범위 내일 수 있다. 상기 공중합체의 중량평균분자량이 200,000 미만일 경우 상기 조성물로 제조된 음극재가 실리콘 음극의 팽창/수축에 충분히 대응하지 못할 수 있으며, 1,000,000을 초과할 경우 화학식 3으로 표시되는 화합물과의 반응성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 리튬 이차 전지 음극재 조성물의 화학식 3으로 표시되는 화합물은 단독 중합체일 수 있다. 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 단독 중합체인 경우 화학식 3의 l은 2 이상일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 중량평균분자량은 200,000 내지 1,000,000의 범위 내일 수 있다. 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 중량평균분자량이 200,000 미만일 경우 상기 조성물로 제조된 음극재가 실리콘 음극의 팽창/수축에 충분히 대응하지 못할 수 있으며, 1,000,000을 초과할 경우 전술한 공중합체와의 반응성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물의 상기 공중합체 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 합계 함량은 전체 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%의 범위 내일 수 있다. 상기 공중합체 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 합계 함량이 1 중량% 미만인 경우 충분한 결합력을 가지지 못할 수 있으며, 30 중량%를 초과하는 경우 음극재에 포함되는 실리콘의 함량이 과소해져 이차 전지의 전기적 특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물은, 상술한 공중합체 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하고, 물(H2O)을 용매로 포함할 수 있다. 상기의 리튬 이차 전지의 음극재 바인더 조성물이 음극재 및 집전체와 함께 도포 및 건조되어 상기 조성물의 건조물이 바인더가 될 수 있으며, 본 발명에 따른 음극재 바인더는 실리콘계 음극재를 사용하는 경우, 전지의 충전 및 방전에 따라 음극재의 부피가 변화하여 발생하는 스트레스를 잘 수용할 수 있고 우수한 전기전도도를 가지므로 전지의 출력, 최초 용량 및 사이클 수명이 우수한 장점이 있다.
2. 리튬 이차 전지 음극재 바인더
본 발명은 또한 리튬 이차 전지 음극재 바인더에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더는 전술한 바인더 조성물의 중합체로부터 유래한 것일 수 있으며, 하기 화학식 1로 표시되는 구조 및 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 가지는 공중합체로부터 유래한 단위 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물로부터 유래한 단위의 중합체를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00042
[화학식 2]
Figure pat00043
[화학식 3]
Figure pat00044
상기 화학식 1 내지 3에서,
A1, A2, A3은 각각 독립적으로 -(CH2CH2O)x-, -(CH2)y-, -(C(=O))z-, -(C(=O)O)z-이거나, C6 내지 C10의 아릴렌기 및 C5 내지 C10의 2가 지방족 고리 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 직렬 결합 구조이되,
상기 x 및 z는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, y는 1 내지 8의 정수이며,
R1은 C6 내지 C10의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 2가 지방족 고리 중 하나이고,
ion+는 양이온을 나타내며,
m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 5000의 정수이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더는 전술한 화학식 2가 포함하는 히드록실기의 적어도 일부와 화학식 3이 포함하는 아미노기의 적어도 일부가 결합될 수 있다. 상기 히드록실기의 적어도 일부와 아미노기의 적어도 일부가 결합되었다는 것은, 화학식 2에 포함되는 히드록실기와 화학식 3에 포함되는 아미노기가 결합된 구조가 존재하는 것을 의미할 수 있으며, 상기 히드록실기 및 상기 아미노기 중 결합에 참여한 작용기의 수가 전체 작용기에 대하여 0%를 초과하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더는 화학식 2의 히드록실기의 적어도 일부와 화학식 3의 아미노기의 적어도 일부가 결합된 구조를 가짐으로써 공중합체와 화학식 3으로 표시되는 화합물이 가교 결합을 형성하여 높은 접착력 및 응집력을 가질 수 있다. 이 때, 상기 히드록실기와 아미노기의 가교 결합은 화학적 가교 결합일 수 있다. 본 명세서에서 화학적 가교 결합이란 공유 결합과 같이 원자와 원자 간의 결합을 의미할 수 있고, 상기 히드록실기와 아미노기의 화학적 가교 결합은, 예를 들어 펩타이드 결합일 수 있다. 상기 히드록실기와 아미노기가 화학적 가교 결합을 형성함으로써 상기 공중합체와 화학식 3으로 표시되는 화합물이 하나의 바인더를 구성할 수 있으며, 실리콘 음극이 팽창하더라도 전극의 균열을 방지하면서 접착력을 유지할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더는 화학식 1이 포함하는 산소의 적어도 일부와 화학식 3이 포함하는 아미노기의 적어도 일부가 가교 결합된 구조를 포함할 수 있다. 이때, 상기 산소와 아미노기의 가교 결합은 물리적 가교 결합일 수 있다. 상기 산소와 아미노기의 적어도 일부가 가교 결합되었다는 것은 상기 산소과 아미노기가 형성한 가교 결합이 존재하는 것을 의미할 수 있으며, 상기 산소 및 아미노기 중 결합에 참여한 작용기의 수가 전체 작용기에 대하여 0%를 초과하는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 물리적 가교 결합이란 수소 결합 등과 같이 분자와 분자 간의 인력에 의한 결합을 의미할 수 있으며, 상기 물리적 가교 결합은, 예를 들어 상기 산소와 아미노기의 수소 간의 수소 결합일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더는 상기 물리적 가교 결합을 통해 일부가 결합되어 있으므로 음극이 급격하게 팽창하는 경우 물리적 가교 결합이 먼저 분리될 수 있어 음극에 유연성을 부여할 수 있으며, 전극 자체의 균열을 억제할 수 있다. 또한 수축 시 다시 수소 결합을 형성할 수 있으므로 장기 내구성을 향상시킬 수 있다.
3. 리튬 이차 전지용 음극재
본 발명은 또한, 상기 리튬 이차 전지 음극재 바인더, 실리콘(Si) 활물질 및 집전체를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극재를 제공한다.
본 발명에 따른 음극재는 실리콘 활물질이 충방전 시 수축/팽창하여 부피가 변화할 수 있으나, 전술한 음극재 바인더는 조성물이 건조된 바인더이므로 활물질의 부피 변화를 잘 수용할 수 있다. 이를 통해 전극의 일률성(uniformity)이 우수해지는 바, 실리콘 음극을 활용하여 증대된 에너지 밀도를 갖는 고성능의 전지를 긴 수명으로 사용할 수 있게 되는 장점이 있다.
4. 리튬 이차 전지
또한, 본 발명은 양극; 음극; 및 본 발명에 따른 고체 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
상기 리튬 이차 전지는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들어, 양극 상에 상기 고체 전해질 조성물을 도포한 후 상기 조성물을 경화하고 음극을 적층하여 제조할 수 있다.
1) 양극
양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2-zNizO4(여기에서, 0＜Z＜2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(여기에서, 0＜Z1＜2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0＜p＜1, 0＜q＜1, 0＜r1＜1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0＜p1＜2, 0＜q1＜2, 0＜r2＜2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0＜p2＜1, 0＜q2＜1, 0＜r3＜1, 0＜s2＜1, p2+q2+r3+s2=1이다)) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다.
이 중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 복합금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈망간코발트 산화물(예를 들면 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 및 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등)일 수 있다.
상기 양극 활물질은 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다.
이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙(또는 덴카 블랙), 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 양극 슬러리는 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 중의 고형분 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.
2) 음극
또한, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 합제층을 형성하여 제조할 수 있다. 상기 음극 합제층은 음극 집전체 상에 음극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 슬러리를 코팅한 후, 건조 및 압연하여 형성할 수 있다.
이 때, 상기 바인더는 전술한 음극재 바인더를 사용할 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
또한, 상기 음극활물질은 리튬 금속, 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질, 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금, 금속 복합 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질로는, 리튬 이온 이차전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.
상기 금속 복합 산화물로는 PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), 및 SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 로 이루어진 군에서 선택되는 것이 사용될 수 있다.
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0<x≤2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이 금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전이 금속 산화물로는 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.
상기 음극 활물질은 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 양극 제조 시 사용된 도전재와 동일하거나, 상이한 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙(또는 덴카 블랙), 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
음극 활물질 슬러리에는 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 물 또는 NMP, 알코올 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 중의 고형분 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.
이하에서는, 구체적인 실시예를 들어, 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 실시예의 범위로 한정되는 것을 의미하는 것은 아니며, 실시예는 단지 본 발명의 구체적인 적용예로서 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 통상의 기술자는 본 발명의 청구범위에 기재된 범위에서 구성을 변경, 삭제, 또는 부가하여 동일한 기술적 사상을 구현할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
제조예 1: 음극재 바인더용 고분자 제조
물 65g에 Sodium 4-vinylbenzenesulfonate 20.6g과 2-Carboxyethyl acrylate 14.4g을 넣고 용해시켰다. 용해 완료 후 촉매Ammonium persulfate 2000ppm을 투입하고 80℃까지 승온하여 1차 반응을 10hr이상 최대 20hr 실시하였다. 1차 반응 완료 후 (3-Aminopropyl) triethoxysilane 0.3 mole을 첨가하여 2차 반응을 2hr 이상 실시하였다. 반응 완료 후 용제로 침전 후 세척하여 건조하였다.
제조예 2: 음극재 바인더용 고분자 제조
N-(3-Aminopropyl)methacrylamide를 단독으로 반응시켜 측쇄에 아민으로 종결되는 고분자 화합물을 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 고분자를 제조하였다.
실시예 1 : 음극재 바인더 조성물의 제조
제조예 1의 합성물 90중량%와 제조예 2의 합성물을 10 중량%로 혼합하여 용제 THF에 용해시켜 음극재 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 2 : 음극재 바인더 조성물의 제조
제조예 1의 합성물 80중량%와 제조예 2의 합성물을 20 중량%로 혼합하여 용제 THF에 용해시켜 음극재 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 3 : 음극재 바인더 조성물의 제조
제조예 1의 합성물 70중량%와 제조예 2의 합성물을 30 중량%로 혼합하여 용제 THF에 용해시켜 음극재 바인더 조성물을 제조하였다.
비교예 1: 음극재 바인더 조성물의 제조
폴리아크릴산(PAA) 20g을 물 80g에 용해시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 음극재 바인더 조성물을 제조하였다.
실험예 1: 이차 전지 초기 효율 측정(반쪽전지, half-cell)
실시예 및 비교예에서 얻어진 음극재 바인더 조성물을 Si계 화합물 (MKE전자) 75 중량%, 카본블랙 Super-P(IMERYS GRAPHITE 社) 10 중량%, 그리고 하기 표 1에 따른 바인더 조성물 10 중량%를 물에 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 구리 호일에 도포 및 건조하고 압연하여 음극을 제조하였다. 상기 음극의 대극으로는 1,000㎛ 두께의 리튬 금속을 사용하였다. 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC) 1:1 혼합용제에 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 3중량% 가 혼합된 용매에 1.0M의 LiPF6를 첨가한 전해액(PuriEL社)을 사용하였다. 이후 상기 음극 및 이의 대극과 상기 전해액을 이용하여 반쪽 전지를 제작하였다.
실시예 1, 2, 3 및 비교예를 이용해 제작된 반쪽 전지를 0.1C로 충방전 후 나타나는 충전 용량과 방전 용량을 측정하여 초기효율의 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 초기 효율(%)은 충전 용량 대비 방전용량의 백분율로 계산한 것이다.
실험예 2: 이차 전지 충방전 효율 측정
실험예 1과 동일한 방법으로 실시예 및 비교예에 따른 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물로부터 반쪽 전지(Half-cell)를 제조하였으며, 1C 조건으로 충방전한 사이클 20회 실시하여, 충방전 효율 특성 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 충방전 효율(%)은 1 사이클시 방전 용량 대비 20 사이클 시 방전 용량의 백분율로 계산하였다.
Figure pat00045
상기 표 1을 참조하면, 비교예 1의 초기 전지 효율이 89%에 불과한 것에 비해, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 경우 92% 이상의 높은 효율을 가지는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 2 및 3의 경우 95%를 넘는 초기 전지 효율을 가지는 것으로, 매우 우수한 결과를 나타내었다.
충방전 효율의 경우에도, 비교예 1의 반쪽 전지가 20 사이클 후의 충방전 효율이 50%로 나타난 것이 비해, 본 발명의 실시예 1 내지 3은 모두 51% 이상의 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 실리콘 음극재를 사용함에 있어서 종래 적합한 물질로 평가받은 비교예 1 보다 본 발명의 실시예가 더 우수한 충방전 효율을 가지는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지 음극재용 바인더 조성물을 사용하여 음극 및 이차 전지를 제조할 경우, 실리콘 음극 표면에 대한 바인더의 접착력이 우수하고, 이온 전도성 또한 향상되어 전극의 전기화학적 안정성 및 기계적 물성이 개선될 수 있고, 이차 전지의 충전 및 방전에 따른 음극재의 부피 변화를 수용하고 스트레스(응력)에 저항하는 능력이 우수해져 이차 전지의 초기 용량 및 수명 특성이 개선될 수 있다.

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 구조 및 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 가지는 공중합체; 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물;을 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00046

    [화학식 2]
    Figure pat00047

    [화학식 3]
    Figure pat00048

    상기 화학식 1 내지 3에서,
    A1, A2, A3은 각각 독립적으로 -(CH2CH2O)x-, -(CH2)y-, -(C(=O))z-, -(C(=O)O)z-이거나, C6 내지 C10의 아릴렌기 및 C5 내지 C10의 2가 지방족 고리 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 직렬 결합 구조이되,
    상기 x 및 z는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, y는 1 내지 8의 정수이며,
    R1은 C6 내지 C10의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 2가 지방족 고리 중 하나이고,
    ion+는 양이온을 나타내며,
    m, n 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 5000의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체는 랜덤 공중합체인 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 A1 및 화학식 2의 A2는 알킬렌기 또는 아릴렌기 구조를 하나 이상 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체의 중량평균분자량은 200,000 내지 1,000,000의 범위 내인 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 중량평균분자량은 200,000 내지 1,000,000의 범위 내인 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체에 포함되는 상기 화학식 1의 구조의 함량(a)에 대한 상기 화학식 2의 구조의 함량(b)의 비율(b/a)은 1.0 이하인 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체 및 화학식 3으로 표시되는 화합물의 합계 함량은 전체 바인더 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%의 범위 내인 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 리튬 이차 전지 음극재 바인더 조성물로부터 유래한 중합체를 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화학식 2가 포함하는 히드록실기의 적어도 일부와 상기 화학식 3이 포함하는 아미노기의 적어도 일부가 결합된 구조를 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 히드록실기와 상기 아미노기의 결합 구조는 화학적 가교 결합인 리튬 이차 전지 음극재 바인더.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 공중합체와 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 적어도 일부가 펩타이드 결합을 통해 연결되어 있는 리튬 이차 전지 음극재 바인더.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 화학식 1이 포함하는 산소의 적어도 일부와 상기 화학식 3이 포함하는 아미노기의 적어도 일부가 가교 결합된 구조를 포함하는 리튬 이차 전지 음극재 바인더.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산소와 상기 아미노기의 결합 구조는 물리적 가교 결합인 리튬 이차 전지 음극재 바인더.
  14. 실리콘(Si) 활물질;
    집전체; 및
    제8항에 따른 음극재 바인더를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 음극재는 상기 음극재 바인더와 상기 실리콘 활물질을 1:1 내지 1:15의 중량비로 포함하는 리튬 이차 전지용 음극재.
  16. 제14항에 따른 음극재로부터 형성된 음극; 리튬 산화물을 포함하는 양극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
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KR20190086548A (ko) 2016-11-28 2019-07-22 실라 나노테크놀로지스 인코포레이티드 개선된 바인더, 구조 및 성능을 갖는 고용량 배터리 전극

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