KR20230141225A - 2-dimensional carbon nanomaterials despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same - Google Patents
2-dimensional carbon nanomaterials despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230141225A KR20230141225A KR1020220040539A KR20220040539A KR20230141225A KR 20230141225 A KR20230141225 A KR 20230141225A KR 1020220040539 A KR1020220040539 A KR 1020220040539A KR 20220040539 A KR20220040539 A KR 20220040539A KR 20230141225 A KR20230141225 A KR 20230141225A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dimensional carbon
- carbon nanomaterial
- dispersion
- electrode
- same
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 119
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 101
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 91
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 38
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 32
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 19
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 19
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 36
- -1 alkali metal salt Chemical class 0.000 claims description 33
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 33
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 20
- 229920002125 Sokalan® Chemical class 0.000 claims description 18
- 239000004584 polyacrylic acid Chemical class 0.000 claims description 17
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical group C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 150000008442 polyphenolic compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- TUSDEZXZIZRFGC-UHFFFAOYSA-N 1-O-galloyl-3,6-(R)-HHDP-beta-D-glucose Natural products OC1C(O2)COC(=O)C3=CC(O)=C(O)C(O)=C3C3=C(O)C(O)=C(O)C=C3C(=O)OC1C(O)C2OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 TUSDEZXZIZRFGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001263 FEMA 3042 Substances 0.000 claims description 2
- LRBQNJMCXXYXIU-PPKXGCFTSA-N Penta-digallate-beta-D-glucose Natural products OC1=C(O)C(O)=CC(C(=O)OC=2C(=C(O)C=C(C=2)C(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)O2)OC(=O)C=2C=C(OC(=O)C=3C=C(O)C(O)=C(O)C=3)C(O)=C(O)C=2)O)=C1 LRBQNJMCXXYXIU-PPKXGCFTSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LRBQNJMCXXYXIU-NRMVVENXSA-N tannic acid Chemical compound OC1=C(O)C(O)=CC(C(=O)OC=2C(=C(O)C=C(C=2)C(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)O2)OC(=O)C=2C=C(OC(=O)C=3C=C(O)C(O)=C(O)C=3)C(O)=C(O)C=2)O)=C1 LRBQNJMCXXYXIU-NRMVVENXSA-N 0.000 claims description 2
- 229940033123 tannic acid Drugs 0.000 claims description 2
- 235000015523 tannic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920002258 tannic acid Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 6
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 5
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 4
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical compound CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000004460 silage Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BBMCTIGTTCKYKF-UHFFFAOYSA-N 1-heptanol Chemical compound CCCCCCCO BBMCTIGTTCKYKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SVTBMSDMJJWYQN-UHFFFAOYSA-N 2-methylpentane-2,4-diol Chemical compound CC(O)CC(C)(C)O SVTBMSDMJJWYQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229940126214 compound 3 Drugs 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229940113088 dimethylacetamide Drugs 0.000 description 2
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- XNLICIUVMPYHGG-UHFFFAOYSA-N pentan-2-one Chemical compound CCCC(C)=O XNLICIUVMPYHGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N (+)-propylene glycol Chemical compound C[C@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 1,3-propanediol Substances OCCCO YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxyethoxy)ethanol Chemical compound COCCOCCO SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- COBPKKZHLDDMTB-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-butoxyethoxy)ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCOCCO COBPKKZHLDDMTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFSMVVDJSNMRAR-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-ethoxyethoxy)ethoxy]ethanol Chemical compound CCOCCOCCOCCO WFSMVVDJSNMRAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MXVMODFDROLTFD-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[2-(2-butoxyethoxy)ethoxy]ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCOCCOCCO MXVMODFDROLTFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- SUAKHGWARZSWIH-UHFFFAOYSA-N N,N‐diethylformamide Chemical compound CCN(CC)C=O SUAKHGWARZSWIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ALQSHHUCVQOPAS-UHFFFAOYSA-N Pentane-1,5-diol Chemical compound OCCCCCO ALQSHHUCVQOPAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008326 Si-Y Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006773 Si—Y Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- ZJCCRDAZUWHFQH-UHFFFAOYSA-N Trimethylolpropane Chemical compound CCC(CO)(CO)CO ZJCCRDAZUWHFQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- RLTFLELMPUMVEH-UHFFFAOYSA-N [Li+].[O--].[O--].[O--].[V+5] Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[V+5] RLTFLELMPUMVEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- ZIXLDMFVRPABBX-UHFFFAOYSA-N alpha-methylcyclopentanone Natural products CC1CCCC1=O ZIXLDMFVRPABBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000010296 bead milling Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021475 bohrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052795 boron group element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- MZNDIOURMFYZLE-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol Chemical compound CCCCO.CCCCO MZNDIOURMFYZLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GKMQWTVAAMITHR-UHFFFAOYSA-N butan-2-ol Chemical compound CCC(C)O.CCC(C)O GKMQWTVAAMITHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021387 carbon allotrope Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N cyclopentanone Chemical compound O=C1CCCC1 BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940028356 diethylene glycol monobutyl ether Drugs 0.000 description 1
- XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol monoethyl ether Chemical compound CCOCCOCCO XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940075557 diethylene glycol monoethyl ether Drugs 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- TUEYHEWXYWCDHA-UHFFFAOYSA-N ethyl 5-methylthiadiazole-4-carboxylate Chemical compound CCOC(=O)C=1N=NSC=1C TUEYHEWXYWCDHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011357 graphitized carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021473 hassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229940051250 hexylene glycol Drugs 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 150000003951 lactams Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229910000686 lithium vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N oxolane-2,4-dione Chemical compound O=C1COC(=O)C1 JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N pentaerythritol Chemical compound OCC(CO)(CO)CO WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052699 polonium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000166 polytrimethylene carbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920006316 polyvinylpyrrolidine Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229960000380 propiolactone Drugs 0.000 description 1
- 229920001384 propylene homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021481 rutherfordium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021477 seaborgium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000002733 tin-carbon composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLGLQAWTXXGVEM-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol monomethyl ether Chemical compound COCCOCCOCCO JLGLQAWTXXGVEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
- C01B32/156—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 명세서는 2차원 탄소나노소재; 폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 및 폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 포함하고, 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서의 점도가 300 cPs 이하인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액, 이의 제조방법, 이를 포함하는 전극 슬러리 조성물, 이를 포함하는 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.This specification covers two-dimensional carbon nanomaterials; A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and a second dispersant containing a polyacid compound, and a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion having a viscosity of 300 cPs or less at 25° C. and a shear rate of 15 sec -1 , a method for producing the same, and the same. It relates to an electrode slurry composition, an electrode containing the same, and a lithium secondary battery containing the same.
Description
본 명세서는 2차원 탄소나노소재 분산액, 이의 제조방법, 이를 포함하는 전극 슬러리 조성물, 이를 포함하는 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.This specification relates to a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion, a manufacturing method thereof, an electrode slurry composition containing the same, an electrode containing the same, and a lithium secondary battery containing the same.
이차 전지는 화학에너지가 전기 에너지로 변환되는 방전과 역방향인 충전 과정을 통하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지이다. 이차 전지는 양극, 음극, 전해질, 및 분리막으로 구성되며, 상기 양극 및 음극은 일반적으로 전극 집전체와, 전극 집전체 상에 형성된 전극 활물질층으로 이루어진다. 상기 전극 활물질층은 전극 활물질, 도전재, 바인더 등을 포함하는 전극 슬러리 조성물을 전극 집전체 상에 도포, 건조한 후 압연하는 방식으로 제조된다.A secondary battery is a battery that can be used repeatedly through a charging process that is the reverse of the discharging process in which chemical energy is converted into electrical energy. A secondary battery consists of a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator. The positive electrode and the negative electrode generally consist of an electrode current collector and an electrode active material layer formed on the electrode current collector. The electrode active material layer is manufactured by applying an electrode slurry composition containing an electrode active material, a conductive material, a binder, etc. on an electrode current collector, drying it, and then rolling it.
도전재는 전극 활물질의 전도성을 개선하기 위한 것으로, 종래에는 카본 블랙과 같은 점형 도전재가 주로 사용되었다. 그러나, 점형 도전재는 전기 전도성 향상 효과가 높지 않아 충분한 효과를 얻기 위해서는 과량으로 사용되어야 하고, 이로 인해 전극 활물질 함량이 감소하여 전지 용량이 저하된다는 문제점이 있었다.Conductive materials are used to improve the conductivity of electrode active materials, and conventionally, point-type conductive materials such as carbon black were mainly used. However, the point-type conductive material does not have a high effect of improving electrical conductivity, so it must be used in excessive amounts to obtain a sufficient effect, which causes a problem in that the content of electrode active material decreases and battery capacity decreases.
도전재로 사용되는 그래핀은 얇고 넓은 2차원 구조로 얇고 투명하며, 전기 및 열 전도성이 우수하고 유연한 특징으로 다양한 분야에서 차세대 소재로서 각광받고 있다. 하지만 그래핀은 sp2 Π-Π interaction에 의한 반데르발스힘(van der waals force)이 크기 때문에 쉽게 응집하려는 특성을 가지고 있어서 본래의 특성을 잘 살려서 사용하기 위해 용매에 분산제와 혼합하여 분산액을 제조하여 사용한다. Graphene, used as a conductive material, is thin and transparent with a thin and wide two-dimensional structure, has excellent electrical and thermal conductivity, and is flexible, so it is attracting attention as a next-generation material in various fields. However, graphene has a tendency to easily aggregate due to the large van der Waals force caused by sp 2 Π-Π interaction, so in order to use it while taking advantage of its original properties, a dispersion is prepared by mixing it with a dispersant in a solvent. and use it.
한편, 리튬 이온 이차전지에서는 방열성능이 향상된 도전재, Si 등 고에너지 밀도의 음극재 사용 시 발생하는 부피팽창 등의 단점을 극복할 수 있는 Si/C 복합소재로의 적용이 기대되고 있다. Meanwhile, in lithium ion secondary batteries, it is expected to be applied as a Si/C composite material that can overcome disadvantages such as volume expansion that occurs when using a conductive material with improved heat dissipation performance and high energy density anode materials such as Si.
기존의 2차원 탄소나노소재 분산액 제조에 있어서 분산제 단독 사용 시 고점도 분산액이 제조되기 때문에 다른 물질과 혼합하여 사용 시 (예, 전극 슬러리 제조 시) 점도 증가에 따른 분산성 감소 문제가 발생하기 쉽고, 그에 따라 제품 품질 불균일, 공정성 저하 문제를 발생시킬 여지가 높다. In the production of existing two-dimensional carbon nanomaterial dispersions, when a dispersant is used alone, a high-viscosity dispersion is produced, so when mixed with other materials (e.g., when producing electrode slurry), problems with reduced dispersibility due to increased viscosity are likely to occur, and thus Accordingly, there is a high possibility that problems of uneven product quality and reduced fairness may occur.
위와 같은 이유 때문에, 2차원 탄소나노소재 분산액의 점도를 낮추는 것이 필요하다. 또한, 동일 함량 대비 점도를 낮출 수 있으면 고형분 증량의 가능성이 있고 이는 사용하는 용매의 감소에 의한 생산 효율 증가의 효과가 있다. 더하여 흑연으로부터 그래핀을 제조하는 공정에서 낮은 점도에 의한 exfoliation 효율을 높여 그래핀 제조에 효과적이다.For the above reasons, it is necessary to lower the viscosity of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion. In addition, if the viscosity can be lowered compared to the same content, there is a possibility of increasing the solid content, which has the effect of increasing production efficiency by reducing the solvent used. In addition, it is effective in producing graphene by increasing exfoliation efficiency due to low viscosity in the process of producing graphene from graphite.
따라서, 점도가 낮고, 시간이 지나도 점도 증가가 적은 2차원 탄소나노소재 분산액의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for the development of a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion with low viscosity and little increase in viscosity over time.
점도가 현저히 낮은 2차원 탄소나노소재 분산액, 이의 제조방법, 이를 포함하는 전극 슬러리 조성물, 이를 포함하는 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.It relates to a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion with significantly low viscosity, a manufacturing method thereof, an electrode slurry composition containing the same, an electrode containing the same, and a lithium secondary battery containing the same.
본 발명의 일 실시상태는 2차원 탄소나노소재; 폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 및 폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 포함하고, 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서의 점도가 300 cPs 이하인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액을 제공한다.One embodiment of the present invention is a two-dimensional carbon nanomaterial; A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and a second dispersant containing a polyacid compound, and a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion having a viscosity of 300 cPs or less at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 .
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 2차원 탄소나노소재; 폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 및 폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 혼합하는 단계; 및 상기 2차원 탄소나노소재를 분산시키는 단계를 포함하는 것인 상술한 2차원 탄소나노소재 분산액의 제조방법을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention is a two-dimensional carbon nanomaterial; A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and mixing a second dispersant containing a polyacid compound; It provides a method for producing the above-described two-dimensional carbon nanomaterial dispersion, which includes the step of dispersing the two-dimensional carbon nanomaterial.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 상술한 2차원 탄소나노소재 분산액, 실리콘계 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 전극 슬러리 조성물을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention provides an electrode slurry composition including the above-described two-dimensional carbon nanomaterial dispersion, a silicon-based electrode active material, and a binder.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 상술한 전극 슬러리 조성물에 의해 형성된 전극 활물질층을 포함하는 전극을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention provides an electrode including an electrode active material layer formed by the above-described electrode slurry composition.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 상술한 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Additionally, another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including the above-described electrode.
본 발명의 일 실시상태에 따른 2차원 탄소나노소재 분산액은 점도가 현저히 낮고, 분산액 내 2차원 탄소나노소재의 분산성이 향상된 효과를 갖는다.The two-dimensional carbon nanomaterial dispersion according to an exemplary embodiment of the present invention has a significantly low viscosity and has the effect of improving the dispersibility of the two-dimensional carbon nanomaterial in the dispersion.
본 발명의 일 실시상태에 따른 2차원 탄소나노소재 분산액은 전극 제조에 사용 시 코팅성 및 공정성이 우수한 효과를 갖는다.The two-dimensional carbon nanomaterial dispersion according to an exemplary embodiment of the present invention has excellent coating properties and processability when used in electrode production.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 실시상태는 2차원 탄소나노소재; 폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 및 폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 포함하고, 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서의 점도가 300 cPs 이하인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액을 제공한다.One embodiment of the present invention is a two-dimensional carbon nanomaterial; A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and a second dispersant containing a polyacid compound, and a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion having a viscosity of 300 cPs or less at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 .
본 발명의 일 실시상태에 따른 2차원 탄소나노소재 분산액은 도전성이 우수한 2차원 탄소나노소재 을 포함하면서도, 2차원 탄소나노소재의 분산성이 향상되어 2차원 탄소나노소재끼리 서로 뭉치는 현상이 최소화된 특성을 갖는다. 상기 특성은 분산액의 점도가 현저히 낮은 것으로부터 확인할 수 있다.The two-dimensional carbon nanomaterial dispersion according to an embodiment of the present invention contains two-dimensional carbon nanomaterials with excellent conductivity, and the dispersibility of the two-dimensional carbon nanomaterials is improved to minimize the phenomenon of two-dimensional carbon nanomaterials agglomerating with each other. has the characteristics of The above characteristics can be confirmed from the fact that the viscosity of the dispersion is significantly low.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재 분산액의 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서의 점도가 300 cPs 이하, 200 cPs 이하, 150 cPs 이하, 120 cPs 이하, 100 cPs 이하, 80 cPs 이하, 50 cPs 이하일 수 있다. 본 발명의 목적을 고려할 때, 상기 점도는 낮을수록 좋으므로 하한은 특별히 한정하지 않으나, 1 cPs 이상, 3 cPs 이상 또는 5 cPs 이상일 수 있다. 상기 점도 범위를 만족할 때, 2차원 탄소나노소재 분산액의 2차원 탄소나노소재가 서로 응집되지 않고, 전극 제조에 사용시 공정성이 개선된 효과를 갖는다.In one embodiment of the present invention, the viscosity of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 is 300 cPs or less, 200 cPs or less, 150 cPs or less, and 120 cPs or less. , may be 100 cPs or less, 80 cPs or less, and 50 cPs or less. Considering the purpose of the present invention, the lower the viscosity, the better, so the lower limit is not particularly limited, but may be 1 cPs or more, 3 cPs or more, or 5 cPs or more. When the above viscosity range is satisfied, the two-dimensional carbon nanomaterials in the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion do not aggregate with each other, and the processability is improved when used in electrode manufacturing.
상기 2차원 탄소나노소재 분산액의 점도는 이 기술이 속하는 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 측정될 수 있다. 예를 들어, Brookfield사의 DVNextCP Rheometer를 사용하여, 25℃의 측정 온도 및 15 sec-1의 전단 속도에서 측정된 것일 수 있다. 보다 정확한 측정을 위해, 제조된 2차원 탄소나노소재 분산액을 1주일 동안 25℃에서 보관한 후 측정할 수 있다.The viscosity of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion can be measured by a method commonly used in the field to which this technology belongs. For example, it may be measured at a measurement temperature of 25°C and a shear rate of 15 sec -1 using Brookfield's DVNextCP Rheometer. For more accurate measurements, the prepared two-dimensional carbon nanomaterial dispersion can be stored at 25°C for one week and then measured.
상기 2차원 탄소나노소재 분산액의 점도는 상기 제1 분산제 및 제2 분산제의 함량을 조절하거나, 분산액에 후술하는 알칼리 금속염을 투입함으로써 조절할 수 있다.The viscosity of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion can be adjusted by adjusting the contents of the first and second dispersants or by adding an alkali metal salt, which will be described later, to the dispersion.
본 발명의 일 실시상태에 따른 2차원 탄소나노소재 분산액은 2차원 탄소나노소재를 포함하는 분산액을 의미한다. 구체적으로, 분산액에 2차원 탄소나노소재가 분산된 것을 의미하며, 서로 응집되지 않은 것을 의미한다.The two-dimensional carbon nanomaterial dispersion according to an exemplary embodiment of the present invention refers to a dispersion containing two-dimensional carbon nanomaterial. Specifically, it means that the two-dimensional carbon nanomaterials are dispersed in the dispersion liquid and do not aggregate with each other.
상기 2차원 탄소나노소재는 전극의 도전성을 향상시키기 위한 것으로, 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조이다. 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로, 두께는 0.2 nm(1nm은 10억 분의 1m) 즉 100억 분의 2m 정도로 얇으면서 물리적·화학적 안정성도 높다.The two-dimensional carbon nanomaterial is intended to improve the conductivity of electrodes. It is one of the allotropes of carbon and has a structure in which carbon atoms gather to form a two-dimensional plane. It is a thin film made of one atom thick, with a thickness of 0.2 nm (1 nm is 1 billionth of a meter), or 2 billionths of a meter, and has high physical and chemical stability.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재는 그래핀, 그래핀나노플레이트, 나노그라파이트, r-GO (reduced Graphene Oxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional carbon nanomaterial may include one or more selected from the group consisting of graphene, graphene nanoplate, nanographite, and r-GO (reduced graphene oxide).
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재의 평균 입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛, 0.5 내지 7㎛, 1㎛ 내지 5㎛, 2㎛ 내지 4㎛일 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 2차원 탄소나노소재의 입경 분포 곡선에 있어서, 개수 누적량의 50%에 해당하는 입경을 의미하는 것이며. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 범위에서 2차원 탄소나노소재가 서로 응집되지 않고, 분산성이 향상될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the average particle diameter (D50) of the two-dimensional carbon nanomaterial may be 0.1 ㎛ to 10 ㎛, 0.5 to 7 ㎛, 1 ㎛ to 5 ㎛, and 2 ㎛ to 4 ㎛. The average particle size (D50) refers to the particle size corresponding to 50% of the cumulative number in the particle size distribution curve of the two-dimensional carbon nanomaterial. The average particle diameter (D50) can be measured using, for example, a laser diffraction method. Within the above range, two-dimensional carbon nanomaterials do not aggregate together and dispersibility can be improved.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재의 함량은 상기 2차원 탄소나노소재 분산액 전체 중량을 기준으로 0.01wt% 내지 30wt%, 1wt% 내지 20wt%, 바람직하게는 3wt% 내지 18wt%일 수 있다. 2차원 탄소나노소재의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 전극 제조 시에 로딩량이 줄어들어 공정비용이 증가하고, 전극 건조 시에 바인더 마이그레이션(migration)이 발생하여 접착력이 감소하거나, 2차원 탄소나노소재 분산액의 점도가 증가한다는 등의 문제점이 발생할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the two-dimensional carbon nanomaterial is 0.01 wt% to 30 wt%, 1 wt% to 20 wt%, preferably 3 wt% to 18 wt, based on the total weight of the two-dimensional carbon nano material dispersion. It may be %. If the content of the two-dimensional carbon nanomaterial is outside the above range, the loading amount is reduced during electrode manufacturing, increasing process costs, and binder migration occurs during electrode drying, resulting in reduced adhesion or two-dimensional carbon nanomaterial dispersion. Problems such as increased viscosity may occur.
본 발명의 일 실시상태에 따른 2차원 탄소나노소재 분산액은 폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 2종의 분산제를 사용하는 경우, 각 분산제를 단독으로 사용할 때보다 분산 효과가 향상될 수 있다.A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; It is characterized in that it contains a second dispersant containing a polyacid compound. When using the above two types of dispersants, the dispersing effect can be improved compared to when each dispersant is used alone.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리산 화합물은 폴리페놀계 화합물, 폴리카르복실산 화합물 및 폴리아크릴산 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 폴리아크릴산 화합물은 폴리아크릴산(PAA) 또는 폴리아크릴산 유도체일 수 있다. 상기 폴리아크릴산 유도체는 폴리아크릴산-말레익산 공중합체(PAAMA)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polyacid compound may include any one or more selected from the group consisting of polyphenol-based compounds, polycarboxylic acid compounds, and polyacrylic acid compounds. The polyacrylic acid compound may be polyacrylic acid (PAA) or a polyacrylic acid derivative. The polyacrylic acid derivative may be polyacrylic acid-maleic acid copolymer (PAAMA).
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리페놀계 화합물은 탄닌산을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polyphenol-based compound may include tannic acid.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리비닐피롤리돈계 수지는 중량평균분자량이 1,000 내지 100,000g/mol, 바람직하게는 2,000 내지 80,000g/mol, 더 바람직하게는 2,000 내지 30,000g/mol, 보다 더 바람직하게는 2,000 내지 15,000g/mol일 수 있다. 상기 폴리비닐피롤리돈계 수지의 중량평균분자량이 1,000g/mol 미만인 경우에는 2차원 탄소나노소재 분산 성능이 떨어지고, 전극 제조 시에 폴리비닐피롤리돈계 수지가 용출되는 문제점이 발생할 수 있으며, 100,000g/mol을 초과하는 경우에는 2차원 탄소나노소재 분산액의 점도가 증가하여 코팅성 및 공정성이 저하될 수 있으므로, 상기 범위로 조절하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the polyvinylpyrrolidone-based resin has a weight average molecular weight of 1,000 to 100,000 g/mol, preferably 2,000 to 80,000 g/mol, more preferably 2,000 to 30,000 g/mol, and more. More preferably, it may be 2,000 to 15,000 g/mol. If the weight average molecular weight of the polyvinylpyrrolidone-based resin is less than 1,000 g/mol, the dispersion performance of the two-dimensional carbon nanomaterial may deteriorate, and a problem may occur where the polyvinylpyrrolidone-based resin is eluted during electrode manufacturing. If /mol is exceeded, the viscosity of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion may increase and coatability and processability may deteriorate, so it is preferable to adjust it to the above range.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재 분산액의 하기 식 1로 표현되는 값이 0.1 내지 2, 0.1 내지 1, 또는 0.3 내지 0.8일 수 있다. 하기 식 1로 표시되는 값은 분산액의 전단 유동화 지수로, 각각 상이한 전단 속도에서 측정된 점도의 비율을 의미한다. 상기 범위를 만족할 때, 정치 상태에서 점도가 너무 높아져 유동성이 저하되는 것을 방지함으로써, 전극 제조 시 균일한 혼합이 가능하다. 또한, 2차원 탄소나노소재 입자의 침강을 방지하여 저장안정성을 향상시킬 수 있다. In one embodiment of the present invention, the value expressed by the following equation 1 of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion may be 0.1 to 2, 0.1 to 1, or 0.3 to 0.8. The value expressed in Equation 1 below is the shear fluidization index of the dispersion, which means the ratio of viscosity measured at different shear rates. When the above range is satisfied, uniform mixing is possible when manufacturing electrodes by preventing the viscosity from becoming too high in a standing state and reducing fluidity. Additionally, storage stability can be improved by preventing sedimentation of two-dimensional carbon nanomaterial particles.
[식 1][Equation 1]
전단 유동화 지수(Shear Thinning index : STI) = Vlow/Vhigh Shear Thinning index (STI) = V low /V high
상기 식 1에 있어서,In equation 1 above,
Vlow는 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서 측정한 분산액의 점도이고,V low is the viscosity of the dispersion measured at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 ,
Vhigh는 25℃ 및 150 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서 측정한 분산액의 점도이다.V high is the viscosity of the dispersion measured at 25°C and a shear rate of 150 sec -1 .
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재 분산액의 하기 식 2로부터 계산된 값이 0.1 내지 1, 0.1 내지 0.5 또는 0.1 내지 0.3 일 수 있다. 하기 식 2로 계산되는 값은, 상술한 분산액의 전단 유동화 지수(STI) 특성과 분산액에 포함된 2차원 탄소나노소재의 평균 입경의 관계를 나타낸 것이다. 일반적으로, 입경(D50)이 너무 작으면, 2차원 탄소나노소재가 서로 서로 응집되면서 분산액의 전단 유동화 지수(STI)가 증가하는 경향이 있다. 또한 입경(D50)이 너무 크면, 2차원 탄소나노소재의 분산이 충분히 이루어지지 않아 2차원 탄소나노소재가 망상구조를 형성하며 분산액의 전체 점도와 전단 유동화 지수(STI)가 증가하는 경향이 있다.In one embodiment of the present invention, the value calculated from Equation 2 below of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion may be 0.1 to 1, 0.1 to 0.5, or 0.1 to 0.3. The value calculated by Equation 2 below represents the relationship between the shear fluidization index (STI) characteristics of the dispersion described above and the average particle size of the two-dimensional carbon nanomaterial contained in the dispersion. In general, if the particle size (D50) is too small, the shear fluidization index (STI) of the dispersion tends to increase as the two-dimensional carbon nanomaterials aggregate with each other. In addition, if the particle size (D50) is too large, the two-dimensional carbon nanomaterial is not sufficiently dispersed, so the two-dimensional carbon nanomaterial forms a network structure, and the overall viscosity and shear fluidization index (STI) of the dispersion tend to increase.
그러나, 본 발명의 일 실시상태에 따른 2차원 탄소나노소재 분산액은 하기 식 2로 계산된 값을 상기 수치 범위로 조절함으로써, 2차원 탄소나노소재의 입경이 작더라도 분산액 전체의 점도 경시 안정성이 향상되는 효과가 있다.However, in the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion according to an embodiment of the present invention, the value calculated by Equation 2 below is adjusted to the above numerical range, so that even if the particle size of the two-dimensional carbon nanomaterial is small, the viscosity stability of the entire dispersion over time is improved. There is an effect.
[식 2][Equation 2]
상기 식 2에 있어서,In equation 2 above,
STI는 분산액의 전단 유동화 지수(Shear Thinning index : STI)이고,STI is the shear thinning index (STI) of the dispersion,
D50은 상기 2차원 탄소나노소재의 평균 입경(D50)이다.D50 is the average particle diameter (D50) of the two-dimensional carbon nanomaterial.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재 분산액은 알칼리 금속 원소를 포함할 수 있다. 본 발명의 2차원 탄소나노소재 분산액은 상기 알칼리 금속 원소를 포함함에 따라, 분산액에 포함된 물질의 분산성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 분산액에 포함된 폴리비닐피롤리돈계 수지 및 폴리산 화합물은 서로 착체(complex)를 형성할 수 있는데, 이와 같은 착체는 물과 같은 용매에 대한 용해성이 낮아 분산액의 점도가 증가하는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 2차원 탄소나노소재 분산액에 포함된 알칼리 금속이 상기 착체를 해쇄함으로써, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion may include an alkali metal element. As the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion of the present invention contains the alkali metal element, the dispersibility of the material contained in the dispersion can be improved. Specifically, the polyvinylpyrrolidone-based resin and polyacid compound contained in the dispersion can form a complex with each other, and such complexes have low solubility in solvents such as water, causing the problem of increasing the viscosity of the dispersion. there is. However, the above problem can be solved by disintegrating the complex with the alkali metal contained in the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion of the present invention.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알칼리 금속의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 알칼리 금속을 포함하는 알칼리 금속염의 형태로 존재할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the form of the alkali metal is not particularly limited, but may exist in the form of an alkali metal salt containing an alkali metal.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알칼리 금속 원소의 함량은 2차원 탄소나노소재 분산액 전체를 기준으로, 1ppm 이상 500ppm 이하, 5ppm 이상 300ppm 이하, 5ppm 이상 150ppm 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the alkali metal element may be 1ppm or more and 500ppm or less, 5ppm or more and 300ppm or less, and 5ppm or more and 150ppm or less, based on the entire two-dimensional carbon nanomaterial dispersion.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재 분산액은 KOH, NaOH, LiOH, KOHH2O, NaOHH2O, LiOHH2O, K2CO3, Na2CO3 및 LiCO3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 알칼리 금속염을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion is a group consisting of KOH, NaOH, LiOH, KOHH 2 O, NaOHH 2 O, LiOHH 2 O, K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 and LiCO 3 It may contain one or more alkali metal salts selected from.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알칼리 금속염의 몰비는 상기 폴리비닐피롤리돈계 수지에 포함되는 비닐피롤리돈 단위체 100mol을 기준으로, 60mol 이하, 30mol 이하, 또는 25mol 이하일 수 있다. 함량의 하한은 특별히 한정되지 않으나, 0.1mol 이상, 1mol 이상 또는 2mol 이상일 수 있다. 상기 범위를 만족할 때, 2차원 탄소나노소재 분산액의 점도를 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서 300 cPs 이하로 조절할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the molar ratio of the alkali metal salt may be 60 mol or less, 30 mol or less, or 25 mol or less, based on 100 mol of vinyl pyrrolidone units included in the polyvinyl pyrrolidone-based resin. The lower limit of the content is not particularly limited, but may be 0.1 mol or more, 1 mol or more, or 2 mol or more. When the above range is satisfied, the viscosity of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion can be adjusted to 300 cPs or less at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 .
상기 알칼리 금속염의 몰비는 알칼리 금속염과 비닐리돈 단위체의 분자량 및 알칼리 금속염 및 폴리비닐리돈의 중량%를 이용하여 계산할 수 있다. 구체적으로, 하기 식 3을 통해 계산할 수 있다.The molar ratio of the alkali metal salt can be calculated using the molecular weight of the alkali metal salt and vinylidone unit and the weight percent of the alkali metal salt and polyvinylidone. Specifically, it can be calculated through Equation 3 below.
[식 3][Equation 3]
알칼리 금속염의 몰비 = {(알칼리 금속염의 중량%)/(알칼리 금속염의 분자량)}/{(폴리비닐리돈의 중량%)/(비닐리돈 단위체의 분자량)}*100Molar ratio of alkali metal salt = {(% by weight of alkali metal salt)/(molecular weight of alkali metal salt)}/{(% by weight of polyvinylidone)/(molecular weight of vinylidone monomer)}*100
예를 들어, 분산액 전체 중량을 기준으로, 폴리비닐피롤리돈 및 알칼리 금속염(LiOH)의 함량이 각각 0.6wt%, 0.01wt%이고, 알칼리 금속염(LiOH)의 분자량이 24g/mol이고, 비닐리돈 단위체의 분자량이 111.14g/mol인 경우, 알칼리 금속염의 몰비는 비닐피롤리돈 단위체 100mol을 기준으로 7.7mol로 계산된다[7.7={(0.01)/(24)}/{(0.6)/(111.14)}*100]For example, based on the total weight of the dispersion, the contents of polyvinylpyrrolidone and alkali metal salt (LiOH) are 0.6 wt% and 0.01 wt%, respectively, the molecular weight of alkali metal salt (LiOH) is 24 g/mol, and vinylidone If the molecular weight of the monomer is 111.14 g/mol, the molar ratio of the alkali metal salt is calculated to be 7.7 mol based on 100 mol of vinylpyrrolidone monomer [7.7={(0.01)/(24)}/{(0.6)/(111.14 )}*100]
상기 비닐피롤리돈 단위체는 비닐기에 연결된 5원 락탐으로 구성된 단위체를 의미하며, 상기 폴리비닐피롤리돈계 수지를 구성하는 단위(unit)을 말한다. 구체적으로, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리비닐피롤리돈 중 하기 화학식 2로 표시되는 단위체일 수 있다.The vinylpyrrolidone unit refers to a unit composed of a 5-membered lactam linked to a vinyl group, and refers to a unit constituting the polyvinylpyrrolidone-based resin. Specifically, it may be a monomer represented by the formula 2 among polyvinylpyrrolidone represented by the formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 분산제의 함량은 상기 분산액 전체 중량을 기준으로 0.01wt% 내지 10wt%, 0.01wt% 내지 5wt%, 또는 0.1wt% 내지 3wt%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the first dispersant may be 0.01 wt% to 10 wt%, 0.01 wt% to 5 wt%, or 0.1 wt% to 3 wt% based on the total weight of the dispersion.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 분산제의 화합물의 함량은 상기 분산액 전체 중량을 기준으로 0.01wt% 내지 10wt%, 0.01wt% 내지 5wt%, 또는 0.1wt% 내지 3wt%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the compound of the second dispersant may be 0.01 wt% to 10 wt%, 0.01 wt% to 5 wt%, or 0.1 wt% to 3 wt% based on the total weight of the dispersion.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 분산제 및 제2 분산제의 중량비가 1:10 내지 10:1, 1:5 내지 5:1, 또는 1:3 내지 3:1일 수 있다. 또는 1:1 내지 3:1일 수 있다. 상기 범위를 만족할 때, 2차원 탄소나노소재의 분산효과가 향상되어 분산액의 점도가 낮게 유지될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the weight ratio of the first dispersant and the second dispersant may be 1:10 to 10:1, 1:5 to 5:1, or 1:3 to 3:1. Or it may be 1:1 to 3:1. When the above range is satisfied, the dispersion effect of the two-dimensional carbon nanomaterial is improved and the viscosity of the dispersion can be maintained low.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리산 화합물은 산성 수소 원자(acidic hydrogen atom)를 두 개 이상 포함하는 산 화합물을 의미한다.In one embodiment of the present invention, the polyacid compound refers to an acid compound containing two or more acidic hydrogen atoms.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재 분산액은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 2차원 탄소나노소재를 전극 활물질 등과 바로 혼합하여 전극 슬러리 조성물로 사용하는 경우 응집되는 것을 방지하기 위하여 선분산시켜 2차원 탄소나노소재 분산액으로 공급하기 위하여 사용되는 것이다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion may further include a solvent. The solvent is used to pre-disperse the two-dimensional carbon nanomaterial and supply it as a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion to prevent agglomeration when directly mixed with an electrode active material and used as an electrode slurry composition.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 수계 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 수계 용매는 물일 수 있다. 이 경우, 분산액의 점도 조절이 용이하다. In one embodiment of the present invention, the solvent may be an aqueous solvent. For example, the aqueous solvent may be water. In this case, it is easy to control the viscosity of the dispersion.
본 발명의 일 실시상태는 2차원 탄소나노소재; 폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 및 폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 혼합하는 단계; 및 상기 2차원 탄소나노소재를 분산시키는 단계를 포함하는 것인 상술한 2차원 탄소나노소재 분산액의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention is a two-dimensional carbon nanomaterial; A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and mixing a second dispersant containing a polyacid compound; It provides a method for producing the above-described two-dimensional carbon nanomaterial dispersion, which includes the step of dispersing the two-dimensional carbon nanomaterial.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 2차원 탄소나노소재; 폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 및 폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 혼합하는 단계는 물성이 변화하지 않는 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 50℃ 이하, 보다 구체적으로는 5℃ 내지 50℃의 온도에서 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a two-dimensional carbon nanomaterial; A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and the step of mixing the second dispersant containing the polyacid compound may be performed under temperature conditions where physical properties do not change. For example, it may be performed at a temperature of 50°C or lower, more specifically between 5°C and 50°C.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차원 탄소나노소재를 분산시키는 단계는 볼 밀(ball mill), 비드 밀(bead mill), 디스크 밀(disc mill) 또는 바스켓 밀(basket mill), 고압 균질기(high pressure homogenizer) 등의 방법에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 디스크 밀 또는 고압 균질기(high pressure homogenizer)를 이용한 밀링 방법에 의해 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of dispersing the two-dimensional carbon nanomaterial is performed using a ball mill, bead mill, disc mill, or basket mill, or high pressure homogenization. It may be performed by a method such as a high pressure homogenizer, and more specifically, it may be performed by a milling method using a disk mill or a high pressure homogenizer.
상기 디스크 밀에 의한 밀링시, 비드의 크기는 2차원 탄소나노소재의 종류와 양, 그리고 분산제의 종류에 따라 적절히 결정될 수 있으며, 구체적으로는 상기 비드의 직경은 0.1㎜ 내지 5㎜, 보다 구체적으로는 0.5㎜ 내지 4㎜일 수 있다. 또, 비드 밀링 공정은 2,000rpm 내지 10,000rpm의 속도로 수행될 수 있고, 보다 구체적으로는 5,000rpm 내지 9,000rpm의 속도로 수행될 수 있다.When milling by the disk mill, the size of the bead can be appropriately determined depending on the type and amount of the two-dimensional carbon nanomaterial and the type of dispersant. Specifically, the diameter of the bead is 0.1 mm to 5 mm, more specifically. may be 0.5 mm to 4 mm. Additionally, the bead milling process may be performed at a speed of 2,000 rpm to 10,000 rpm, and more specifically, may be performed at a speed of 5,000 rpm to 9,000 rpm.
상기 고압 균질기에 의한 밀링은, 예컨대 고압균질기의 플런저 펌프(plunger pump)로 상기 혼합물 가압하고 균질용 밸브의 틈으로 이를 밀어냄으로써 상기 틈을 통과할 때의 공동(cavitation), 전단(shear), 충격(impact) 및 파열(explosion) 등의 힘에 의해 이루어지게 된다.Milling by the high-pressure homogenizer, for example, pressurizes the mixture with a plunger pump of the high-pressure homogenizer and pushes it through the gap of the homogenization valve, resulting in cavitation, shear, It is achieved by forces such as impact and explosion.
상기 2차원 탄소나노소재를 분산시키는 단계는 2차원 탄소나노소재가 충분히 분산될 수 있도록, 10분 내지 120분, 보다 구체적으로는 20분 내지 90분 동안 수행될 수 있다.The step of dispersing the two-dimensional carbon nanomaterial may be performed for 10 minutes to 120 minutes, more specifically, 20 minutes to 90 minutes, so that the two-dimensional carbon nanomaterial can be sufficiently dispersed.
본 발명의 일 실시상태는 상술한 2차원 탄소나노소재 분산액, 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 전극 슬러리 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention provides an electrode slurry composition including the above-described two-dimensional carbon nanomaterial dispersion, an electrode active material, and a binder.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 활물질은 실리콘계 전극 활물질을 포함한다. 상기 실리콘계 전극 활물질은, 금속 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx, 여기서 0<x<2) 실리콘 탄화물(SiC) 및 Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 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, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode active material includes a silicon-based electrode active material. The silicon-based electrode active material is metal silicon (Si), silicon oxide (SiOx, where 0<x<2) silicon carbide (SiC), and Si-Y alloy (where Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 It is an element selected from the group consisting of elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, but may include one or more types selected from the group consisting of Si. The element Y includes 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, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, It may be selected from the group consisting of Se, Te, Po, and combinations thereof.
상기 실리콘계 전극 활물질은 탄소계 전극 활물질에 비해 높은 용량 특성을 나타내므로, 실리콘계 전극 활물질을 추가로 포함할 경우, 더 우수한 용량 특성을 얻을 수 있다. 다만, 실리콘계 전극 활물질은 충방전 시에 부피 변화가 커 충방전이 반복되면 전지 특성이 급격히 저하되어 사이클 특성이 충분하지 못하고, 이로 인해 상용화에 어려움이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이 2차원 탄소나노소재를 도전재로 사용할 경우, 실리콘계 전극 활물질 적용 시에 사이클 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 2차원 탄소나노소재 분산액과 실리콘계 전극 활물질을 포함하는 본 발명의 전극 슬러리 조성물을 사용하면, 용량 특성과 사이클 특성이 우수한 이차 전지를 구현할 수 있다.Since the silicon-based electrode active material exhibits higher capacity characteristics than the carbon-based electrode active material, when the silicon-based electrode active material is additionally included, better capacity characteristics can be obtained. However, silicon-based electrode active materials have a large volume change during charging and discharging, so when charging and discharging are repeated, battery characteristics rapidly deteriorate, resulting in insufficient cycle characteristics, which has led to difficulties in commercialization. However, when using a two-dimensional carbon nanomaterial as a conductive material as in the present invention, cycle characteristics can be improved when applying a silicon-based electrode active material. Therefore, by using the electrode slurry composition of the present invention containing the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion of the present invention and the silicon-based electrode active material, a secondary battery with excellent capacity characteristics and cycle characteristics can be implemented.
상기 전극 활물질은 상기 실리콘계 전극 활물질과 함께 다른 종류의 전극 활물질을 더 포함할 수 있다. 상기 다른 종류의 전극 활물질로는, 예를 들면, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 사용할 수 있으며, 이 중에서도 탄소질 재료가 특히 바람직하다.The electrode active material may further include other types of electrode active materials along with the silicon-based electrode active material. Examples of the other types of electrode active materials include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; Metallic compounds that can be alloyed with lithium, such as Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; Metal oxides that can dope and undope lithium, such as SnO2, vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite containing the above-described metallic compound and a carbonaceous material, such as a Sn-C composite, may be used, and among these, a carbonaceous material is particularly preferable.
상기 전극 활물질은 상기 실리콘계 전극 활물질과 다른 종류의 전극 활물질을 합한 전극 활물질의 총량은 전극 슬러리 조성물 내 전체 고형분 함량을 기준으로 70 내지 99wt%, 바람직하게는 80 내지 98wt%일 수 있다. 전극 활물질의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 우수한 용량 특성을 구현할 수 있다.The total amount of the electrode active material, which is a combination of the silicon-based electrode active material and other types of electrode active materials, may be 70 to 99 wt%, preferably 80 to 98 wt%, based on the total solid content in the electrode slurry composition. When the content of the electrode active material satisfies the above range, excellent capacity characteristics can be achieved.
상기 바인더는 활물질들 간 또는 활물질과 집전체와의 접착력을 확보하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 사용되는 일반적인 바인더들이 사용될 수 있으며, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더로는, 예를 들면, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The binder is used to secure adhesion between active materials or between an active material and a current collector. General binders used in the art may be used, and their types are not particularly limited. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and carboxylic acid. Methylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated -EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, or various copolymers thereof may be used, and one of these may be used alone or a mixture of two or more may be used.
상기 바인더는 전극 슬러리 조성물 내의 전체 고형분 함량을 기준으로 5wt% 이하로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 3wt%로 포함될 수 있다. 바인더의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 전극 저항 증가를 최소화하면서 우수한 전극 접착력을 구현할 수 있다.The binder may be included in an amount of 5 wt% or less, preferably 1 to 3 wt%, based on the total solid content in the electrode slurry composition. When the binder content satisfies the above range, excellent electrode adhesion can be achieved while minimizing increase in electrode resistance.
상기 전극 슬러리 조성물은, 점도 조절 등을 위해, 필요에 따라, 용매를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 용매는 물, 유기 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 유기 용매로는 예를 들면, 디메틸포름아미드(DMF), 디에틸 포름아미드, 디메틸 아세트아미드(DMAc), N-메틸 피롤리돈(NMP) 등의 아미드계 극성 유기 용매; 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올(이소프로필 알코올), 1-부탄올(n-부탄올), 2-메틸-1-프로판올(이소부탄올), 2-부탄올(sec-부탄올), 1-메틸-2-프로판올(tert-부탄올), 펜탄올, 헥산올, 헵탄올 또는 옥탄올 등의 알코올류; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 또는 헥실렌글리콜 등의 글리콜류; 글리세린, 트리메티롤프로판, 펜타에리트리톨, 또는 소르비톨 등의 다가 알코올류; 에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 메틸에테르, 테트라 에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 에틸에테르, 테트라 에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 에틸렌글리콜모노 부틸 에테르, 디에틸렌글리콜모노 부틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 부틸 에테르, 또는 테트라 에틸렌글리콜모노 부틸 에테르 등의 글리콜 에테르류; 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸프로필 케톤, 또는 사이클로펜타논 등의 케톤류; 초산에틸, γ-부틸 락톤, 및 ε-프로피오락톤 등의 에스테르류 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electrode slurry composition may further include a solvent, if necessary, for viscosity control, etc. At this time, the solvent may be water, an organic solvent, or a mixture thereof. Examples of the organic solvent include amide-based polar organic solvents such as dimethylformamide (DMF), diethyl formamide, dimethyl acetamide (DMAc), and N-methyl pyrrolidone (NMP); Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol), 1-butanol (n-butanol), 2-methyl-1-propanol (isobutanol), 2-butanol (sec-butanol), 1-methyl Alcohols such as -2-propanol (tert-butanol), pentanol, hexanol, heptanol, or octanol; glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, or hexylene glycol; polyhydric alcohols such as glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, or sorbitol; Ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, tetra ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol mono ethyl ether, tetra ethylene glycol Glycol ethers such as mono ethyl ether, ethylene glycol mono butyl ether, diethylene glycol mono butyl ether, triethylene glycol mono butyl ether, or tetra ethylene glycol mono butyl ether; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, or cyclopentanone; Examples include esters such as ethyl acetate, γ-butyl lactone, and ε-propiolactone, and any one or a mixture of two or more of these may be used, but is not limited thereto.
상기 전극 슬러리 조성물은, 필요에 따라 점도 조절제, 충진제 등과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.The electrode slurry composition may further include additives such as viscosity modifiers, fillers, etc., if necessary.
본 발명의 일 실시상태는 상술한 전극 슬러리 조성물에 의해 형성된 전극 활물질층을 포함하는 전극을 제공한다. 구체적으로, 상기 전극은 상술한 본 발명의 전극 슬러리 조성물을 도포하고, 건조시켜 전극 활물질층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 전극 활물질층은 전극 집전체 상에 전극 슬러리 조성물를 도포한 후, 건조하는 방법, 또는 전극 슬러리 조성물을 별도의 지지체 상에 도포한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 전극 집전체 상에 라미네이션하는 방법을 통해 형성할 수 있다. 필요에 따라, 상기와 같은 방법을 통해 전극 활물질층을 형성한 다음, 압연하는 공정을 추가로 실시할 수 있다. 이때, 건조 및 압연을 최종적으로 제조하고자 하는 전극의 물성을 고려하여 적절한 조건에서 수행될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.One embodiment of the present invention provides an electrode including an electrode active material layer formed by the above-described electrode slurry composition. Specifically, the electrode can be manufactured by applying the electrode slurry composition of the present invention described above and drying it to form an electrode active material layer. More specifically, the electrode active material layer is formed by applying an electrode slurry composition on an electrode current collector and then drying it, or by applying the electrode slurry composition on a separate support and then peeling it off from this support to form a film obtained as an electrode collector. It can be formed through a method of lamination on the entire surface. If necessary, after forming the electrode active material layer through the above method, a rolling process may be additionally performed. At this time, drying and rolling may be performed under appropriate conditions considering the physical properties of the electrode to be finally manufactured, and are not particularly limited.
상기 전극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서도 도전성을 가진 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 이들의 합금, 이들의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 또는 소성 탄소 등이 사용될 수 있다.The electrode current collector is not particularly limited as long as it is a conductive material without causing chemical changes in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, alloys thereof, carbon, nickel, Surface-treated with titanium, silver, etc., or calcined carbon may be used.
상기 전극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 전극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 또한, 상기 전극 집전체는 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The electrode current collector may typically have a thickness of 3㎛ to 500㎛, and fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the electrode active material. Additionally, the electrode current collector may be used in various forms, such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극은 음극일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode may be a cathode.
본 발명의 일 실시상태는 양극; 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 구비된 분리막 및 전해질을 포함하고, 상기 양극 및 음극 중 어느 하나 이상이 상술한 전극인 것인 리튬 이차전지를 제공한다.One embodiment of the present invention includes an anode; cathode; and a separator and an electrolyte provided between the positive electrode and the negative electrode, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode described above.
상기 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 이차 전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하다. 구체적으로는, 상기 분리막으로 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The separator separates the cathode from the anode and provides a passage for lithium ions to move, and can be used without particular restrictions as long as it is normally used as a separator in secondary batteries. Specifically, the separator is a porous polymer film, for example, a porous film made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. A polymer film or a laminated structure of two or more layers thereof may be used. In addition, conventional porous non-woven fabrics, for example, non-woven fabrics made of high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc., may be used. In addition, a coated separator containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.
상기 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.The electrolytes include, but are not limited to, organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel-type polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes that can be used in the manufacture of lithium secondary batteries.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.
<물성 측정 방법><Method for measuring physical properties>
실시예 및 비교예의 분산액의 물성은 아래 방법을 통해 측정하였다.The physical properties of the dispersions of Examples and Comparative Examples were measured using the method below.
점도 측정Viscosity measurement
Brookfield사의 DVNextCP Rheometer를 사용하였으며, 25℃에서 전단 속도를 15 sec-1 및 150 sec-1로 각각 변경하여 측정하였다.Brookfield's DVNextCP Rheometer was used, and measurements were made at 25°C by changing the shear rate to 15 sec -1 and 150 sec -1 , respectively.
평균 입경 측정Average particle size measurement
레이저 회절법(laser diffraction method)을 사용하였으며 시판중인 레이저 회절 입도 측정 장치(Malvern Mastersizer3000)를 사용하였다. 측정 장치에서 입경 분포의 50%기준에서의 평균 입경(D50)을 산출하였다. 한편, D10및 D90은 각각, 입경 분포 10% 및 90%에서의 입도를 의미한다.A laser diffraction method was used, and a commercially available laser diffraction particle size measurement device (Malvern Mastersizer3000) was used. The average particle size (D50) based on 50% of the particle size distribution was calculated using the measuring device. Meanwhile, D10 and D90 mean particle sizes at 10% and 90% particle size distribution, respectively.
pH 측정pH measurement
OHAUS社의 ST3100 pH meter를 이용해 측정하였으며, 25℃에서 버퍼용액으로 전극을 보정 후 전극을 샘플에 넣고 5초간 교반 뒤 시그널이 안정될때까지 30초간 기다린 후 pH를 측정하였다.It was measured using OHAUS' ST3100 pH meter. After calibrating the electrode with a buffer solution at 25°C, the electrode was placed in the sample, stirred for 5 seconds, and then waited for 30 seconds until the signal stabilized before measuring pH.
고형분 측정Solids measurement
OHAUS社의 MB95 수분분석기를 이용해 측정하였다. 알루미늄 재질의 샘플접시에 샘플을 약 3g 올린 후 시작무게를 측정하고, 150℃까지 가열하며 무게를 측정하되, 150℃에서 무게가 60초동안 1mg미만의 변화가 발생하면 이를 건조무게로 설정하여 아래의 수식에 의해 고형분이 계산된다.It was measured using OHAUS' MB95 moisture analyzer. Place about 3g of sample on an aluminum sample plate, measure the starting weight, heat to 150℃ and measure the weight. If the weight changes by less than 1mg in 60 seconds at 150℃, set it as dry weight and measure it as below. The solid content is calculated by the formula.
%DC(고체 성분) = 건조 무게/시작 무게 x 100%%DC (solid content) = dry weight/starting weight x 100%
전단 유동화 지수(Shear Thinning index : STI) 측정Shear Thinning index (STI) measurement
아래 식 1에 따라 계산하였다.It was calculated according to Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
전단 유동화 지수(Shear Thinning index : STI) = Vlow/Vhigh Shear Thinning index (STI) = V low /V high
상기 식 1에 있어서, Vlow는 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서 측정한 분산액의 점도이고, Vhigh는 25℃ 및 150 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서 측정한 분산액의 점도이다.In Equation 1, V low is the viscosity of the dispersion measured at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 , and V high is measured at 25°C and a shear rate of 150 sec -1 It is the viscosity of a dispersion.
식 2로 계산되는 값 계산Calculate the value calculated by Equation 2
아래 식 2로 표시되는 물성 값을 계산하였다. 이때, STI는 분산액의 전단 유동화 지수(Shear Thinning index : STI)이고, D50은 상기 2차원 탄소나노소재의 평균 입경(D50)이다.The physical property values expressed in Equation 2 below were calculated. At this time, STI is the shear thinning index (STI) of the dispersion, and D50 is the average particle diameter (D50) of the two-dimensional carbon nanomaterial.
[식 2][Equation 2]
<분산액의 제조><Preparation of dispersion>
실시예 1Example 1
흑연(Imerys社) 10wt%, 제1 분산제로 폴리비닐 피롤리돈(K15, Sigma-Aldrich社) 0.75wt%, 제2 분산제로 폴리아크릴산(CP10S, BASF社: PAA) 0.25wt%, 알칼리 금속염(LiOH) 0.00125wt%, 용매로서 물을 혼합하여 1kg의 혼합물을 제조한 후, 흑연으로부터 그래핀을 박리 및 분산 처리하여 2차원 탄소나노소재 분산액을 제조하였다.Graphite (Imerys) 10 wt%, polyvinyl pyrrolidone (K15, Sigma-Aldrich) 0.75 wt% as the first dispersant, polyacrylic acid (CP10S, BASF: PAA) 0.25 wt% as the second dispersant, alkali metal salt ( LiOH) 0.00125 wt% and water as a solvent were mixed to prepare a 1 kg mixture, and then graphene was exfoliated and dispersed from graphite to prepare a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion.
이때, 알칼리 금속염의 몰비는 하기 식 3에 따라, 비닐피롤리돈 단위체 100mol을 기준으로 1.5mol[={(0.0025)/(24)}/{(0.75)/(111.14)}*100]이었다. At this time, the molar ratio of the alkali metal salt was 1.5 mol [={(0.0025)/(24)}/{(0.75)/(111.14)}*100] based on 100 mol of vinylpyrrolidone unit, according to Equation 3 below.
[식 3][Equation 3]
알칼리 금속염의 몰비 = {(알칼리 금속염의 중량%)/(알칼리 금속염의 분자량)}/{(폴리비닐리돈의 중량%)/(비닐리돈 단위체의 분자량)}*100Molar ratio of alkali metal salt = {(% by weight of alkali metal salt)/(molecular weight of alkali metal salt)}/{(% by weight of polyvinylidone)/(molecular weight of vinylidone monomer)}*100
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
나머지 실시예 및 비교예에 대해서 아래 표 1 내지 표 3과 같이 각 물질의 중량 및 종류를 변경해가며 분산액을 제조하였으며, 물성을 테스트 하였다.For the remaining examples and comparative examples, dispersions were prepared by changing the weight and type of each material as shown in Tables 1 to 3 below, and the physical properties were tested.
금속염alkali
metal salt
Index(STI)ShearThinning
Index(STI)
금속염alkali
metal salt
Index(STI)ShearThinning
Index(STI)
금속염alkali
metal salt
Index(STI)ShearThinning
Index(STI)
상기 표 1 내지 표 3에 있어서, K15는 Aldrich사의 K15제품을 의미하며, PAA는 BASF사의 CP10S(폴리아크릴산)를 의미한다.In Tables 1 to 3, K15 refers to Aldrich's K15 product, and PAA refers to BASF's CP10S (polyacrylic acid).
상기 결과로부터, 분산제를 단독으로 사용하는 경우(비교예 1)는 점도가 300cps를 초과하는 것을 확인하였다.From the above results, it was confirmed that when the dispersant was used alone (Comparative Example 1), the viscosity exceeded 300 cps.
또한, 제1 분산제와 제2 분산제를 모두 포함하더라도, 알칼리 금속염을 포함하지 않는 경우(비교예 2, 3, 4)에도 점도가 300 cps를 초과하는 것을 확인하였다. 상기와 같은 점도 특성을 갖는 경우, 분산액의 코팅성이 현저히 떨어져 공정에 적용이 어렵다.In addition, it was confirmed that the viscosity exceeded 300 cps even when both the first and second dispersants were included and no alkali metal salt was included (Comparative Examples 2, 3, and 4). When it has the above viscosity characteristics, the coating properties of the dispersion are significantly reduced, making it difficult to apply to the process.
반면에, 제1 분산제 및 제2 분산제를 포함하고, 알칼리 금속염을 포함하는 경우, 점도가 300 cPs 이하로 낮게 나타나는 것을 확인하였다(실시예 1 내지 13).On the other hand, when the first and second dispersants were included and an alkali metal salt was included, it was confirmed that the viscosity was as low as 300 cPs or less (Examples 1 to 13).
Claims (17)
폴리비닐피롤리돈계 수지를 포함하는 제1 분산제; 및
폴리산 화합물을 포함하는 제2 분산제를 포함하고,
25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서의 점도가 300 cPs 이하인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.2D carbon nanomaterials;
A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and
comprising a second dispersant comprising a polyacid compound,
A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion having a viscosity of 300 cPs or less at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 .
상기 2차원 탄소나노소재는 그래핀, 그래핀나노플레이트, 나노그라파이트, r-GO (reduced Graphene Oxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 1,
The two-dimensional carbon nanomaterial is a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion containing at least one selected from the group consisting of graphene, graphene nanoplate, nanographite, and r-GO (reduced graphene oxide).
상기 폴리산 화합물은 폴리페놀계 화합물, 폴리카르복실산 화합물 및 폴리아크릴산 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 1,
The polyacid compound is a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion containing at least one selected from the group consisting of polyphenol-based compounds, polycarboxylic acid compounds, and polyacrylic acid compounds.
상기 폴리페놀계 화합물은 탄닌산을 포함하는 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 3,
The polyphenol-based compound is a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion containing tannic acid.
하기 식 1로 표현되는 값이 0.2 내지 10인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액:
[식 1]
전단 유동화 지수(Shear Thinning index : STI) = Vlow/Vhigh
상기 식 1에 있어서,
Vlow는 25℃ 및 15 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서 측정한 분산액의 점도이고,
Vhigh는 25℃ 및 150 sec-1의 전단 속도(shear rate)에서 측정한 분산액의 점도이다.In claim 1,
A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion with a value of 0.2 to 10, expressed in the following formula 1:
[Equation 1]
Shear Thinning index (STI) = V low /V high
In equation 1 above,
V low is the viscosity of the dispersion measured at 25°C and a shear rate of 15 sec -1 ,
V high is the viscosity of the dispersion measured at 25°C and a shear rate of 150 sec -1 .
상기 2차원 탄소나노소재의 평균 입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 1,
A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion liquid in which the average particle diameter (D50) of the two-dimensional carbon nanomaterial is 0.1㎛ to 10㎛.
하기 식 2로부터 계산된 값이 0.1 내지 0.5인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액:
[식 2]
상기 식 2에 있어서,
STI는 분산액의 전단 유동화 지수(Shear Thinning index : STI)이고,
D50은 상기 2차원 탄소나노소재의 평균 입경(D50)이다.In claim 1,
A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion with a value calculated from Equation 2 below: 0.1 to 0.5:
[Equation 2]
In equation 2 above,
STI is the shear thinning index (STI) of the dispersion,
D50 is the average particle diameter (D50) of the two-dimensional carbon nanomaterial.
알칼리 금속 원소를 포함하는 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 1,
A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion containing an alkali metal element.
상기 2차원 탄소나노소재의 함량은 상기 2차원 탄소나노소재 분산액 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 30wt%,In claim 1,
The content of the two-dimensional carbon nanomaterial is 0.01 to 30 wt% based on the total weight of the two-dimensional carbon nanomaterial dispersion,
KOH, NaOH, LiOH, KOHH2O, NaOHH2O, LiOHH2O, K2CO3, Na2CO3 및 LiCO3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 알칼리 금속염을 포함하는 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 1,
A two-dimensional carbon nanomaterial containing at least one alkali metal salt selected from the group consisting of KOH, NaOH, LiOH, KOHH 2 O, NaOHH 2 O, LiOHH 2 O, K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 and LiCO 3 dispersion.
상기 알칼리 금속염의 몰비는 상기 폴리비닐피롤리돈계 수지에 포함되는 비닐피롤리돈 단위체 100mol을 기준으로, 60mol 이하인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 10,
A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion wherein the molar ratio of the alkali metal salt is 60 mol or less based on 100 mol of vinyl pyrrolidone units included in the polyvinyl pyrrolidone-based resin.
상기 제1 분산제 및 상기 제2 분산제의 중량비가 1:10 내지 10:1인 것인 2차원 탄소나노소재 분산액.In claim 1,
A two-dimensional carbon nanomaterial dispersion wherein the weight ratio of the first dispersant and the second dispersant is 1:10 to 10:1.
상기 2차원 탄소나노소재를 분산시키는 단계를 포함하는 것인
청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 따른 2차원 탄소나노소재 분산액의 제조방법.2D carbon nanomaterials; A first dispersant containing a polyvinylpyrrolidone-based resin; and mixing a second dispersant containing a polyacid compound; and
Including the step of dispersing the two-dimensional carbon nanomaterial.
A method for producing a two-dimensional carbon nanomaterial dispersion according to any one of claims 1 to 12.
상기 전극은 음극인 것인 전극.In claim 15,
The electrode is a cathode.
상기 양극 및 음극 중 어느 하나 이상이 청구항 15에 따른 전극인 것인 리튬 이차 전지.anode; cathode; and a separator and electrolyte provided between the anode and the cathode,
A lithium secondary battery wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode according to claim 15.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220040539A KR20230141225A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 2-dimensional carbon nanomaterials despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220040539A KR20230141225A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 2-dimensional carbon nanomaterials despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230141225A true KR20230141225A (en) | 2023-10-10 |
Family
ID=88292664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220040539A KR20230141225A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 2-dimensional carbon nanomaterials despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230141225A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014001098A (en) | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Mitsubishi Chemicals Corp | Graphene dispersion, film formed using graphene dispersion, and member including the same |
-
2022
- 2022-03-31 KR KR1020220040539A patent/KR20230141225A/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014001098A (en) | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Mitsubishi Chemicals Corp | Graphene dispersion, film formed using graphene dispersion, and member including the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7180010B2 (en) | Carbon nanotube dispersion, negative electrode slurry containing same, negative electrode, and lithium secondary battery | |
| CN108028355B (en) | Positive electrode for secondary battery and secondary battery comprising same | |
| CN111492510A (en) | Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing same, and lithium secondary battery comprising same | |
| KR102069221B1 (en) | Electrode material for lithium ion secondary battery, electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery | |
| KR102657450B1 (en) | Positive electrode and secondary battery comprising the same | |
| KR101956952B1 (en) | Electrode-forming composition | |
| CN110462884A (en) | Lithium ion secondary battery anode and lithium ion secondary battery | |
| KR20120094003A (en) | Binder particles for electrochemical element | |
| CN111316475A (en) | Negative electrode slurry composition for lithium secondary battery and method for producing same | |
| JP2021508157A (en) | Positive electrode and secondary battery containing the positive electrode | |
| US20200203778A1 (en) | Positive Electrode Slurry Composition for Secondary Battery, and Positive Electrode for Secondary Battery and Secondary Battery Which are Prepared by Using the Same | |
| KR102518417B1 (en) | Carbon nanotube despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same | |
| CN116632246A (en) | Slurry composition for secondary battery positive electrode, and secondary battery | |
| KR20230141225A (en) | 2-dimensional carbon nanomaterials despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same | |
| CN117501480A (en) | Method for manufacturing positive electrode current collector coated with adhesion-enhancing layer, positive electrode current collector coated with adhesion-enhancing layer manufactured thereby, method for manufacturing positive electrode for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery manufactured thereby, and lithium secondary battery comprising same | |
| KR102518381B1 (en) | Carbon nanotube despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same | |
| KR102518382B1 (en) | Carbon nanotube despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same | |
| CN116097464A (en) | Negative electrode and secondary battery including the same | |
| KR20220131184A (en) | Positive electrode slurry composition, positive electrode prepared by using the same, and secondary battery comprising the positive electrode | |
| KR102532085B1 (en) | Carbon nanotube despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same | |
| KR102532086B1 (en) | Carbon nanotube despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same | |
| KR20240078285A (en) | Carbon black despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and secondary battery comprising same | |
| KR20240078284A (en) | Carbon black despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and secondary battery comprising same | |
| KR20230171067A (en) | Carbon nanotube despersion, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same | |
| KR20230096854A (en) | Carbon nanotube despersion, manufacturing method for same, slurry composition for electrode comprising same, eletrode comprising same and lithum secondary battery comprising same |