KR20240046421A - 결합제 및 그를 포함하는 분리막 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 중합체 및 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자를 포함하는 결합제를 제공하고, 상기 중합체는 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체에서 유도되는 구조단위를 포함하고, 또한 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 몰비는 50 내지 58:40 내지 44:2 내지 6이고, 상기 제1종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 I의 화합물에서 선택되고, 상기 제2종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 II의 화합물에서 선택되고, 상기 제3종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 III의 화합물에서 선택된다. 본 출원의 결합제는 높아진 접착 성능을 갖고, 이차전지의 사이클 성능을 개선할 수 있다.
I II III

Description

결합제 및 그를 포함하는 분리막
본 출원은 리튬전지의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 코팅 조성물 및 그를 포함하는 분리막에 관한 것이다. 본 출원은 또한 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기에 관한 것이다.
최근에, 이차전지의 적용 범위가 갈수록 확대되면서 이차전지는 수력, 화력, 풍력 및 태양광 발전소 등 에너지 저장용 전원 시스템에 적용될 뿐만 아니라, 전동공구, 전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 군사 장비, 항공 우주 등 다양한 분야에 광범위하게 적용된다. 이차전지의 엄청난 발전으로 인해 그의 사이클 성능 및 안전 성능 등에 대한 요구사항도 더 높아진다. 그러나, 종래 기술에서는 결합제의 접착력이 좋지 않고, 분리막에 분말 낙하가 쉽게 발생하고 극판과의 접착 효과가 떨어지는 등 문제가 있어 이차전지의 성능 개발을 제한한다. 따라서, 본 분야에서는 접착성이 더 좋은 결합제 및 분리막이 필요하다.
본 출원은 전술한 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 결합제 조성물, 및 이 조성물을 포함하는 분리막, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기를 제공하는 것이다. 본 발명의 결합제 조성물은 세라믹 입자와 분리막 기재 사이 및 분리막과 극판 사이의 접착 효과를 개선할 수 있고, 또한 이차전지의 사이클 성능을 개선할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 출원은 일 결합제, 및 이 조성물을 포함하는 분리막, 이차전지, 전지팩 및 전기기기를 제공한다.
본 출원의 제1 양상에서는 중합체 및 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자를 포함하는 일 결합제를 제공함에 있어서, 상기 중합체는 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체에서 유도되는 구조단위를 포함하고, 또한 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 몰비는 50 내지 58:40 내지 44:2 내지 6이고,
상기 제1종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 I의 화합물에서 선택되고,
I
여기서, R1은 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 또한 R2는 치환 또는 비치환된 직쇄형 또는 분기형의 C1-15 알킬기, C3-6 사이클로알킬기 및 이소보르닐기에서 선택되고, 치환되는 경우에, 치환기는 수산기 및 C1-6 사슬 알킬기에서 선택되고,
상기 제2종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 II의 화합물에서 선택되고,
II
여기서, R3은 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고,
상기 제3종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 III의 화합물에서 선택되고,
III
여기서, R4는 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 또한 R5는 수소 원자, 수산기 C1-6 알킬기 및 C1-6 알콕시기에서 선택된다. 본 출원의 결합제는 접착력이 비교적 높아 ‘분말 낙하’ 현상을 줄이거나 심지어 피하며, 이차전지의 사이클 성능을 개선한다.
임의의 실시방식에서, R1은 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 또한 R2는 치환 또는 비치환된 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 치환되는 경우에, 치환기는 수산기이고, 및/또는 R3은 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 및/또는 R4는 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 또한 R5는 수소 원자, 수산기 C1-4 알킬기 및 C1-4 알콕시기에서 선택된다.
임의의 실시방식에서, 상기 제1종 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 아이소뷰틸아크릴레이트, sec-부틸메타크릴레이트, 터트-부틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 도데실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시프로필아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 중 하나 또는 다수로 선택되고, 및/또는 상기 제2종 단량체는 아크릴로니트릴 또는 메타크릴로니트릴이고, 및/또는 상기 제3종 단량체는 아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드 및 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 중 하나 또는 다수로 선택된다. 전술한 제1종, 제2종 및 제3종 단량체를 더 선택함으로써, 결합제의 접착 효과를 더욱 효과적으로 개선하고, 전지의 사이클 용량 유지율을 높일 수 있다.
임의의 실시방식에서, 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 몰비는 50 내지 57:41 내지 44:2 내지 6이다. 전술한 범위의 몰비를 사용함으로써, 결합제의 접착 성능을 더 개선하고, 전지의 사이클 용량 유지율을 높일 수 있다.
임의의 실시방식에서, 상기 중합체의 중량 평균 분자량은 60000 내지 120000이고, 선택적으로 63300 내지 118800이다. 중합체의 중량 평균 분자량이 전술한 범위 내이면, 중합체가 결합제 시용시에 적당한 유동성을 갖도록 하여 접착 효과를 개선할 수 있다.
임의의 실시방식에서, 상기 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자의 평균 입경(Dv50)은 200 nm 내지 980 nm이고, 더 선택적으로 200 nm 내지 600 nm이고, 더 선택적으로 330 nm 내지 550 nm이다. 세라믹 입자의 입경을 전술한 범위 내로 제어하면, 세라믹 입자가 균일하게 분포되고 분리막 기재에 접착되는 데 이로우며, 또한 분리막의 공극을 쉽게 막지 않는다.
임의의 실시방식에서, 상기 실란커플링제는 하나 또는 다수의 화학식 IV의 화합물에서 선택되고,
IV
본 출원의 제2 양상에서는 일 분리막을 제공함에 있어서, 상기 분리막은 기재층 및 상기 기재층의 적어도 하나의 표면에 설치된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 본 출원의 제1 양상의 결합제를 포함한다. 본 출원의 분리막은 화학적 및 기계적 안정성이 양호하고, 양극판과의 접착이 양호하며, 전지의 사이클 성능을 개선하는 데 이롭다.
본 출원의 제3 양상에서는 일 이차전지를 제공함에 있어서, 본 출원의 제1 양상의 결합제 또는 본 출원의 제2 양상의 분리막을 포함한다.
본 출원의 제4 양상에서는 일 전지모듈을 제공함에 있어서, 본 출원의 제3 양상의 이차전지를 포함한다.
본 출원의 제5 양상에서는 전지팩을 제공함에 있어서, 본 출원의 제4 양상의 전지모듈을 포함한다.
본 출원의 제6 양상에서 전기기기를 제공함에 있어서, 본 출원의 제3 양상에 따른 이차전지, 본 출원의 제4 양상에 따른 전지모듈 또는 본 출원의 제5 양상에 따른 전지팩 중 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 결합제는 양호한 접착 성능을 가지며 이차전지의 사이클 성능을 향상시킨다.
도 1은 본 출원의 일 실시방식에 따른 이차전지의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 출원의 일 실시방식에 따른 이차전지의 분해도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시방식에 따른 전지모듈의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시방식에 따른 전지팩의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 출원의 일 실시방식에 따른 전지팩의 분해도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시방식에 따른 이차전지를 전원으로 사용하는 전기기기의 개략도이다.
이하, 도면을 적절하게 참조하여 본 출원의 코팅 조성물, 분리막, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기학 기기를 개시하는 실시방식에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 불필요한 상세한 설명을 생략하는 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 공지된 사항에 대한 상세한 설명이나 실제 동일한 구조에 대한 반복 설명은 생략될 수 있다. 이는 이하의 설명이 불필요하게 길어지는 것을 피하고, 본 분야의 기술자의 이해를 돕기 위해서이다. 또한, 도면 및 이하의 설명은 본 분야의 기술자가 본 출원을 충분히 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 특허청구범위에 기재된 요지를 한정하려는 의도가 아니다.
본 출원에 개시된 ‘범위’는 하한 및 상한의 형태로 한정되며, 주어진 범위는 하나의 하한 및 하나의 상한의 선택에 의해 한정되고, 선택된 하한 및 상한은 특정 범위의 경계를 한정한다. 이러한 방식으로 한정된 범위는 경계값을 포함하거나 경계값을 포함하지 않을 수 있고, 또한 임의로 조합될 수 있다. 즉, 임의의 하한이 임의의 상한과 조합되어 하나의 범위를 형성할 수 있다. 예를 들어, 특정 파라미터에 대해 60~120과 80~110의 범위가 나열되면, 60~110과 80~120의 범위도 예상되는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 최소 범위값 1과 2, 그리고 최대 범위값 3, 4 및 5가 나열되면 모든 범위는 1~3, 1~4, 1~5, 2~3, 2~4 및 2~5로 예상될 수 있다. 본 출원에서, 별도의 설명이 없는 한, 수치 범위 ‘a~b’는 a에서 b까지의 임의의 실수 조합의 축약된 표현을 나타내며, 여기서 a 및 b는 실수이다. 예를 들어, 수치 범위 ‘0~5’는 ‘0~5’ 사이의 모든 실수가 여기에 나열되었음을 나타내며, ‘0~5’는 이러한 수치 조합의 축약된 표현이다. 또한, 특정 파라미터가 ≥2의 정수로 표현되는 경우, 이 파라미터가 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등과 같은 정수임을 개시하는 것과 같다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원의 모든 실시방식 및 선택적인 실시방식은 서로 조합하여 새로운 기술적 솔루션을 형성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원의 모든 기술적 특징 및 선택적인 기술적 특징은 서로 조합하여 새로운 기술적 솔루션을 형성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원의 모든 단계는 순차적으로 수행되거나 무작위로 수행될 수 있으나, 순차적으로 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 방법이 단계 (a) 및 (b)를 포함한다고 하면, 상기 방법이 순차적으로 수행되는 단계 (a) 및 (b)를 포함하거나, 순차적으로 수행되는 단계 (b) 및 (a)를 포함함을 나타낸다. 예를 들어, 상기 방법이 단계 (c)를 더 포함한다고 하면, 단계 (c)는 임의의 순서로 상기 방법에 추가될 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a), (b) 및 (c)를 포함하거나, 단계 (a), (c) 및 (b)를 포함하거나, 단계 (c), (a) 및 (b) 등을 포함할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원에서 언급된 ‘포함하다’는 개방형 또는 밀폐형을 나타낸다. 예를 들어, 상기 ‘포함하다’는 나열되지 않은 기타 성분도 포함하거나, 나열된 성분만 포함함을 나타낼 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원에서, 용어 ‘또는’은 포함적이다. 예컨대, ‘A 또는 B’라는 문구는 ‘A, B, 또는 A 및 B 둘 다’를 나타낸다. 더 구체적으로, A가 참(또는 존재)이고 B가 거짓(또는 부재)인 것; A가 거짓(또는 부재)이고 B가 참(또는 존재)인 것; A 및 B가 모두 참(또는 존재)인 것 중 임의의 조건은 모두 조건 ‘A 또는 B’를 만족한다.
최근에, 이차전지의 적용 범위가 갈수록 확대되면서 이차전지는 수력, 화력, 풍력 및 태양광 발전소 등 에너지 저장용 전원 시스템에 적용될 뿐만 아니라, 전동공구, 전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 군사 장비, 항공 우주 등 다양한 분야에 광범위하게 적용된다. 이차전지의 엄청난 발전에 따라 그의 에너지 밀도, 사이클 성능 및 안전 성능 등에 대한 요구사항도 더 높아진다. 이차전지의 중요한 구성 부분 중 하나――분리막도 본 분야의 연구 및 개선의 중점이다. 분리막의 내열 성능을 개선하기 위해, 현재 통상적으로 사용되는 방식은 분리막 기재 표면에 세라믹 입자(예를 들어, 이산화규소 입자와 같은 산화물 무기 입자) 및 중합체 결합제를 포함하는 코팅층을 설치하여 분리막이 고온에 노출되었을 때 열수축을 억제하는 것이다. 그러나, 기존의 중합체 결합제는 세라믹 입자와의 상용성이 떨어지고, ‘분말 낙하’가 쉽게 발생하고, 코팅층과 기재 사이의 접착 상태가 전지 제조 및 사용 중에 장기간 효과적으로 유지되지 않고, 및 분리막과 극판 사이의 접착력이 떨어짐으로 인해 이차전지의 사이클 성능에 영향을 미치는 여러가지 문제가 존재한다.
따라서, 본 분야에서는 전술한 문제를 개선할 수 있는 일 결합제가 필요하다. 이 때문에, 본 출원은 접착 작용을 하는 중합체와 안전 성능을 개선하는 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자를 포함하는 일 결합제 조성물을 제공하여, 양호한 접착 효과를 구현하고, 용량 유지율을 높인다.
결합제
본 출원의 일 실시방식에서, 본 출원은 중합체 및 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자를 포함하는 결합제를 제공함에 있어서, 상기 중합체는 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체에서 유도되는 구조단위를 포함하고, 또한 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 몰비는 50 내지 58:40 내지 44:2 내지 6이고,
상기 제1종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 I의 화합물에서 선택되고,
I
여기서, R1은 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 또한 R2는 치환 또는 비치환된 직쇄형 또는 분기형의 C1-15 알킬기, C3-6 사이클로알킬기 및 이소보르닐기에서 선택되고, 치환되는 경우에, 치환기는 수산기 및 C1-6 사슬 알킬기에서 선택되고,
상기 제2종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 II의 화합물에서 선택되고,
II
여기서, R3은 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고,
상기 제3종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 III의 화합물에서 선택되고,
III
여기서, R4는 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 또한 R5는 수소 원자, 수산기 C1-6 알킬기 및 C1-6 알콕시기에서 선택된다.
본 출원의 결합제는 접착력이 비교적 높아 세라믹 입자의 ‘분말 낙하’ 현상을 줄이거나 심지어 피함과 동시에 분리막과 극판(특히 양극판) 사이의 접착 효과를 높이고, 이차전지의 사이클 성능을 개선한다.
제1종 단량체는 아크릴산 유형의 단량체이고, 이는 중합체의 팽윤 방지 능력을 높일 수 있고, 또한 분자 사슬 분절에서의 연성 단량체로 중합체의 유리화 전이 온도를 조절하고, 결합제가 시용시의 유동성을 개선할 수 있어, 양호한 접착 작용을 발휘하는 데 이롭다. 제2종 단량체는 아크릴로니트릴 유형의 단량체이고, 이는 극성이 강한 시안기를 갖고 이온 전도율을 높이고 사이클 성능을 개선하는 데 이롭다. 제3종 단량체는 아크릴아미드 유형의 단량체이고, 분자량을 조절하는 작용을 한다. 전술한 3종 단량체의 몰비율은 전술한 범위 내에서 제어되어야 하고, 즉 중합체의 분자량 및 유리화 전이 온도를 제어할 수 있어, 결합제의 접착 성능을 개선한다.
실란커플링제는 세라믹 입자와 견고하게 연결되어 무기 입자가 유기 환경에서의 상용성을 개선함(예를 들어, 분산성이 좋음)과 동시에 중합체 및 분리막 기재층 재료와 가교결합되어 결합제와 분리막, 극판의 접착 효과를 개선할 수 있다.
본 설명에서, ‘실란커플링제로 개질된 세라믹 입자’는 실란커플링제를 사용하여 세라믹 입자에 대해 피복 처리 또는 표면 개질 처리를 하는 것이라고 할 수 있고, 이는 커플링제를 사용하여 가수분해 후 생선된 수산기와 세라믹 입자 표면의 활성기 사이에 공유결합 또는 수소결합을 형성하여, 커플링제를 분자와 세라믹 입자에 결합시키는 것을 의미한다.
일부 실시방식에서, R1은 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 또한 R2는 치환 또는 비치환된 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 치환되는 경우에, 치환기는 수산기이고, 및/또는 R3은 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 및/또는 R4는 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 또한 R5는 수소 원자, 수산기 C1-4 알킬기 및 C1-4 알콕시기에서 선택된다.
일부 실시방식에서, 상기 제1종 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 아이소뷰틸아크릴레이트, sec-부틸메타크릴레이트, 터트-부틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 도데실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시프로필아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 중 하나 또는 다수로 선택된다. 일부 실시방식에서, 상기 제2종 단량체는 아크릴로니트릴 또는 메타크릴로니트릴이다. 일부 실시방식에서, 상기 제3종 단량체는 아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드 및 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 중 하나 또는 다수로 선택된다.
전술한 제1종, 제2종 및 제3종 단량체를 더 선택함으로써, 결합제의 접착 효과를 더욱 효과적으로 개선하고, 전지의 사이클 용량 유지율을 높일 수 있다.
일부 실시방식에서, 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 몰비는 50 내지 57:41 내지 44:2 내지 6이다. 전술한 범위의 몰비를 사용함으로써, 결합제의 접착 성능을 더 개선하고, 전지의 사이클 용량 유지율을 높일 수 있다.
일부 실시방식에서, 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 총 몰량을 기반으로 계산되는, 상기 제1종 단량체의 몰 백분율 함량은 50~58 mol%이고, 선택적으로 50~57 mol%이고, 선택적으로, 상기 제1종 단량체의 몰 백분율 함량은 50 mol%, 51 mol%, 52 mol%, 53 mol%, 54 mol%, 55 mol%, 56 mol%, 57 mol% 또는 58 mol%이고, 또는 전술한 수치 중 임의의 둘로 구성된 범위 내에 있다. 일부 실시방식에서, 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 총 몰량을 기반으로 계산되는, 상기 제2종 단량체의 몰 백분율 함량은 40~44 mol%이고, 선택적으로 41~44 mol%이고, 선택적으로, 상기 제2종 단량체의 몰 백분율 함량은 40 mol%, 41 mol%, 42 mol%, 43 mol% 또는 44 mol%이고, 또는 전술한 수치 중 임의의 둘로 구성된 범위 내에 있다. 일부 실시방식에서, 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 총 몰량을 기반으로 계산되는, 상기 제3종 단량체의 몰 백분율 함량은 2~6 mol%이고, 선택적으로, 상기 제3종 단량체의 몰 백분율 함량은 2 mol%, 3 mol%, 4 mol%, 5 mol% 또는 6 mol%이고, 또는 전술한 수치 중 임의의 둘로 구성된 범위 내에 있다.
일부 실시방식에서, 상기 중합체의 중량 평균 분자량은 60000 내지 120000이고, 선택적으로 63300 내지 118800이다. 중합체의 중량 평균 분자량은 전술한 범위 내이면, 중합체가 결합제 시용시에 적당한 유동성을 갖도록 하여 접착 효과를 개선할 수 있다.
일부 실시방식에서, 상기 세라믹 입자는 본 분야의 통상적인 재료에서 선택될 수 있다. 일부 실시방식에서, 상기 세라믹 입자는 산화알루미늄, 베마이트, 이산화타이타늄 및 이산화규소에서 선택된다. 이러한 재료를 선택하면 분리막 내열성을 높이고 안전성을 높인다.
일부 실시방식에서, 상기 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자의 평균 입경(Dv50)은 200 nm 내지 980 nm이고, 선택적으로, 상기 평균 입경(Dv50)은 330nm, 460 nm, 550 nm, 590 nm, 780 nm 또는 980 nm이며, 또는 이러한 수치 중 임의의 둘로 구성된 범위 내에 있다. 선택적으로, 상기 평균 입경(Dv50)은 200 nm 내지 600 nm이고, 더 선택적으로 330 nm 내지 590 nm, 더 선택적으로 330 nm 내지 550 nm이다. 세라믹 입자의 입경을 전술한 범위 내로 제어하면, 세라믹 입자가 균일하게 분포되고 분리막 기재에 접착되는 데 이로우며, 또한 분리막의 공극을 쉽게 막지 않고 접착력이 높고 용량 유지율이 좋다.
일부 실시방식에서, 상기 실란커플링제는 하나 또는 다수의 화학식 IV의 화합물에서 선택되고,
IV
여기서, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, R9는 C2-6 알케닐기 및 C1-6 직쇄형 알킬기에서 선택되고, 상기 C1-6 직쇄형 알킬기의 말단 탄소 원자상의 적어도 하나의 수소 원자는 아미노기, 2,3-에폭시프로폭시기 및 메타크릴록시기에서 선택된 치환기로 치환된다. 일부 실시방식에서, 상기 C2-6 알케닐기는 말단 알케닐기이다. 일부 실시방식에서, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 직쇄형 또는 분기형의 C1-4 알킬기에서 선택되고, 선택적으로, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, n-프로필기 및 이소프로필기에서 선택되고, 더 선택적으로, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 메틸기 및 에틸기에서 선택된다. 일부 실시방식에서, R9는 C2-4 알케닐기 및 C1-4 직쇄형 알킬기에서 선택되고, 선택적으로 C2-4 말단 알케닐기 및 C1-4 직쇄형 알킬기에서 선택되고, 또한 상기 C1-4 직쇄형 알킬기의 말단 탄소 원자 상의 하나의 수소 원자는 아미노기, 2,3-에폭시프로폭시기 및 메타크릴록시기에서 선택된 치환기로 치환된다. 일부 실시방식에서, 선택적으로, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 메틸기 및 에틸기에서 선택되고, R9는 비닐기, 3-아미노프로필기, 3-(2,3-에폭시프로폭시기)프로필기 및 3-(메타크릴록시기)프로필기에서 선택된다. 전술한 실란커플링제를 선용하여 세라믹 입자를 개질(세라믹 입자에 대한 피복 처리 또는 표면 개질 처리라고 할 수 있음)하고, 커플링제를 이용하여 가수분해 후 생성된 수산기와 세라믹 입자 표면의 활성기 사이에 공유결합 또는 수소결합을 형성하고, 동시에, 실란커플링제 자체의 활성기는 중합체 및 분리막 기재 사이에 반응하여, ‘브리징’ 작용을 하여, 접착 효과를 개선함과 동시에 용량 유지율도 개선할 수 있다.
일부 실시방식에서, 선택적으로, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 메틸기 및 에틸기에서 선택되고, R9는 비닐기, 3-아미노프로필기, 3-(2,3-에폭시프로폭시기)프로필기 및 3-(메타크릴록시기)프로필기에서 선택된다. 일부 실시방식에서, 특별히, 상기 실란커플링제는 트리에톡시비닐실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 3-(메타크릴록시기)프로필트리메톡시실란 중 하나 또는 다수로 선택되고, 양호한 접착력 및 이상적인 용량 유지율을 얻을 수 있다.
일부 실시방식에서, 상기 세라믹 입자와 실란커플링제의 중량비는 97.5 내지 99.9:0.1 내지 2.5이고, 더 선택적으로 98.0 내지 99.9:0.1 내지 2.0이고, 더 선택적으로 98.2 내지 99.4:0.6 내지 1.8이다. 세라믹 입자와 실란커플링제의 중량비가 전술한 범위 내에 있도록 하여, 세라믹 입자 표면을 실란커플링제로 신속하고 효과적으로 피복하여 개선된 분산성을 갖지만, 커플링제 자체가 가교결합, 응집을 하지 않아, 접착력 및 사이클 성능을 개선하는 효과를 구현하는 데 이롭다.
일부 실시방식에서, 상기 중합체와 상기 세라믹 입자의 중량비는 40 내지 90:10 내지 60이고, 선택적으로 50 내지 80:20 내지 50이다. 중합체 및 세라믹 입자의 중량비가 전술한 함량 범위 내에 있으면 ‘분말 낙하’가 쉽게 발생하지 않고, 분리막의 내열 성능이 좋고 또한 전해액에 대한 함침 및 흡액 액체 보호 능력이 좋아 전지의 사이클 성능을 개선하는 데 이롭다.
일부 실시방식에서, 상기 중합체는 상기 세라믹 입자에 피복되어 있다. 시용하기 전에, 중합체를 세라믹 입자에 피복하여, 입자가 분리막 공극 내에 떨어져 막히는 것을 줄이거나 피함과 동시에 결합제 조성물이 이상적인 배합으로 기재에 균일하게 코팅될 수 있도록 보장하여, 개선된 내열 성능 및 양호한 접착 효과를 구현한다.
분리막
본 출원의 다른 일 양상에서는 일 분리막을 제공함에 있어서, 상기 분리막은 기재층 및 상기 기재층의 적어도 하나의 표면에 설치된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 본 출원의 결합제를 포함한다.
본 출원에서는 분리막 기재층의 재료 종류에 대해 특별히 제한하지 않으며, 화학적 안정성 및 기계적 안정성이 양호한 임의의 공지된 다공성 구조의 기재층을 선용할 수 있다.
일부 실시방식에서, 분리막 기재층의 재질로는 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴플루오라이드 중 적어도 하나를 선택할 수 있다. 분리막은 단층 박막 또는 다층 복합 박막일 수 있으며, 여기서는 이에 대해 특별히 제한하지 않는다. 분리막이 다층 복합 박막일 때, 각 층의 재료는 동일하거나 서로 다를 수 있으며, 여기서는 이에 대해 특별히 제한하지 않는다.
이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기
본 출원의 제3 양상에서는 본 출원의 결합제, 및/또는 본 출원의 분리막을 포함하는 일 이차전지를 제공한다.
본 출원의 제4 양상에서는 전술한 제3 양상의 이차전지를 포함하는 일 전지모듈을 제공한다.
본 출원의 제5 양상에서는 전술한 제4 양상의 전지모듈을 포함하는 일 전지팩을 제공한다.
본 출원의 제6 양상에서는 전술한 제3 양상의 이차전지, 제4 양상의 전지모듈 및 제5 양상의 전지팩 중 적어도 하나를 포함하는 일 전기기기를 제공한다.
또한, 이하 도면을 적절하게 참조하여 본 출원의 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기에 대해 설명한다.
본 출원의 일 실시방식에서는 일 이차전지를 제공한다. 일부 실시방식에서, 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지이다.
통상적인 상황에서, 이차전지는 양극판, 음극판, 전해질 및 분리막을 포함한다. 전지 충방전 과정에서, 활성이온은 양극판과 음극판 사이에서 왕복하면서 삽입 및 탈리된다. 전해질은 양극판과 음극판 사이에서 이온을 전도하는 작용을 한다. 분리막은 양극판과 음극판 사이에 설치되어 양극과 음극의 단락을 방지하는 작용을 하는 동시에 이온을 통과시킬 수 있다.
[양극판]
양극판은 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치된 양극 막층을 포함하고, 상기 양극 막층은 본 출원의 제1 양상의 양극 활물질을 포함한다.
예시로서, 양극 집전체는 그 자체의 두께 방향에서 대향하는 두 개의 표면을 갖고, 양극 막층은 양극 집전체의 대향하는 두 개의 표면 중 임의의 하나 또는 둘에 설치된다.
일부 실시방식에서, 상기 양극 집전체는 금속 포일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 포일로는 알루미늄 포일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자재료 기재층과 고분자재료 기재층의 적어도 하나의 표면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 고분자재료 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등 기재) 상에 금속 재료(알루미늄, 알루미늄합금, 니켈, 니켈합금, 티타늄, 티타늄합금, 은 및 은합금 등)를 형성하는 것을 통해 형성될 수 있다.
일부 실시방식에서, 양극 활물질로는 본 분야에서 공지된 전지용 양극 활물질을 사용할 수 있다. 예시로서, 양극 활물질은 감람석 구조의 리튬 함유 인산염, 리튬 전이 금속 산화물 및 그들 각자의 개질 화합물, 나트륨 전이 금속 산화물, 다음이온성 화합물 및 프러시안 블루 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 출원은 이러한 재료들에 한정되지 않고, 또한 전지용 양극 활물질로서 사용될 수 있는 기타 종래의 재료를 사용할 수 있다. 이러한 양극 활물질은 단독으로 하나만 사용되거나, 둘 이상이 조합으로 사용될 수 있다. 여기서, 리튬 전이 금속 산화물의 예로는 리튬 코발트 산화물(예: LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(예: LiNiO2), 리튬 망간 산화물(예: LiMnO2, LiMn2O4), 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(예: LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333로 약칭될 수 있음), LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523로 약칭될 수 있음), LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(NCM211로 약칭될 수 있음), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622로 약칭될 수 있음), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811로 약칭될 수 있음)), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(예: LiNi0.85Co0.15Al0.05O2) 및 그 개질 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 감람석 구조의 리튬 함유 인산염의 예로는 인산 철 리튬(예: LiFePO4(LFP로 약칭될 수 있음)), 인산 철 리튬과 탄소의 복합 재료, 인산 망간 리튬(예: LiMnPO4), 인산 망간 리튬과 탄소의 복합 재료, 인산 망간 철 리튬, 인산 망간 철 리튬과 탄소의 복합 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
일부 실시방식에서, 나트륨 전이 금속 산화물에서, 전이 금속은 Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Ti, Zn, V, Zr 및 Ce 중 적어도 하나일 수 있다. 나트륨 전이 금속 산화물은 예를 들어 NaxMyO2이고, 여기서 M은 Ti, V, Mn, Co, Ni, Fe, Cr 및 Cu 중 하나 또는 다수이고, 0＜x≤1, 0.5＜y≤1.5이다. 일부 실시방식에서, 양극 활물질은 Na0.88Cu0.24Fe0.29Mn0.47O2를 사용할 수 있다.
일부 실시방식에서, 다음이온성 화합물은 나트륨이온, 전이 금속 이온 및 사면체형(YO4)n- 음이온 유닛을 갖는 일종의 화합물일 수 있다. 전이 금속은 Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Ti, Zn, V, Zr 및 Ce 중 적어도 하나일 수 있고, Y는 P, S 및 Si 중 적어도 하나일 수 있고, n은 (YO4)n-의 원자가 상태를 나타낸다.
일부 실시방식에서, 다음이온성 화합물은 나트륨이온, 전이 금속 이온 및 사면체형(YO4)n- 음이온 유닛 및 할로겐 음이온을 갖는 일종의 화합물일 수도 있다. 전이 금속은 Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Ti, Zn, V, Zr 및 Ce 중 적어도 하나일 수 있고, Y는 P, S 및 Si 중 적어도 하나일 수 있고, n은 (YO4)n-의 원자가 상태를 나타내고, 할로겐은 F, Cl 및 Br 중 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시방식에서, 다음이온성 화합물은 나트륨이온, 사면체형(YO4)n- 음이온 유닛, 다면체 유닛(ZOy)m+ 및 선택 가능한 할로겐 음이온의 일종의 화합물일 수 있다. Y는 P, S 및 Si 중 적어도 하나일 수 있고, n은 (YO4)n-의 원자가 상태를 나타내고, Z는 전이 금속을 나타내고, Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Ti, Zn, V, Zr 및 Ce 중 적어도 하나일 수 있고, m은 (ZOy)m+의 원자가 상태를 나타내고, 할로겐은 F, Cl 및 Br 중 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시방식에서, 다음이온성 화합물은 예를 들어 NaFePO4, Na3V2(PO4)3, NaM’PO4F(M’은 V, Fe, Mn 및 Ni 중 하나 또는 다수임) 및 Na3(VOy)2(PO4)2F3-2y(0≤y≤1) 중 적어도 하나이다.
일부 실시방식에서, 프러시안 블루 화합물은 나트륨이온, 전이 금속 이온 및 시안 이온(CN-)을 갖는 일종의 화합물일 수 있다. 전이 금속은 Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Ti, Zn, V, Zr 및 Ce 중 적어도 하나일 수 있다. 프러시안 블루 화합물은 예를 들어 NaaMebMe’c(CN)6이고, 여기서 Me 및 Me’는 각각 독립적으로 Ni, Cu, Fe, Mn, Co 및 Zn 중 적어도 하나이고, 0＜a≤2, 0＜b＜1, 0＜c＜1이다.
일부 실시방식에서, 양극 막층은 또한 선택적으로 결합제를 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 결합제는 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화 비닐리덴-테트라플루오로에텐-프로필렌 삼원공중합체, 불화 비닐리덴-헥사플루오르프로필렌-테트라플루오로에텐 삼원공중합체, 테트라플루오로에텐-헥사플루오르프로필렌 공중합체 및 플루오로아크릴레이트 레진 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시방식에서, 양극 막층은 또한 선택적으로 도전제를 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 도전제는 초도전성 카본, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 탄소 양자점, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 탄소 나노섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시방식에서, 양극판은 다음 방식으로 제조될 수 있다. 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 임의의 기타 성분과 같은 전술한 양극판을 제조하기 위한 성분을 용제(예: N-메틸피롤리돈)에 분산시켜 양극 슬러리를 형성하고, 양극 슬러리를 양극 집전체에 도포한 후 건조, 냉압 등 공정을 거쳐 양극판을 얻을 수 있다.
[음극판]
음극판은 음극 집전체 및 음극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치된 음극 막층을 포함하며, 상기 음극 막층은 음극 활물질을 포함한다.
예시로서, 음극 집전체는 그 자체의 두께 방향에서 대향하는 두 개의 표면을 갖고, 음극 막층은 음극 집전체의 대향하는 두 개의 표면 중 임의의 하나 또는 둘에 배치된다.
일부 실시방식에서, 상기 음극 집전체는 금속 포일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 포일로는 구리 포일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자재료 기재층과 고분자재료 기재의 적어도 하나의 표면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 고분자재료 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등 기재) 상에 금속 재료(구리, 구리합금, 니켈, 니켈합금, 티타늄, 티타늄합금, 은 및 은합금 등)를 형성하는 것을 통해 형성될 수 있다.
일부 실시방식에서, 음극 활물질로는 본 분야에서 공지된 전지용 음극 활물질을 사용할 수 있다. 예시로서, 음극 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연, 소프트 카본, 하드 카본, 규소계 재료, 주석계 재료 및 리튬 티타네이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 규소계 재료로는 순수 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘-탄소 복합물, 실리콘-질소 복합물 및 실리콘합금 중 적어도 하나를 선택할 수 있다. 상기 주석계 재료로는 순수 주석, 주석 산화물 및 주석합금 중 적어도 하나를 선택할 수 있다. 본 출원은 이러한 재료들에 한정되지 않고, 전지용 음극 활물질로 사용될 수 있는 기타 종래의 재료를 사용할 수 있다. 이러한 음극 활물질은 단독으로 하나만 사용되거나, 둘 이상이 조합으로 사용될 수 있다.
일부 실시방식에서, 음극 막층은 또한 선택적으로 결합제를 포함할 수 있다. 상기 결합제로는 스타이렌-뷰타다이엔 고무(SBR), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(PAAS), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리비닐 알코올(PVA), 알긴산나트륨(SA), 폴리메타크릴산(PMAA) 및 카르복시메틸키토산(CMCS) 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
일부 실시방식에서, 음극 막층은 또한 선택적으로 도전제를 포함할 수 있다. 도전제로는 초도전성 카본, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 탄소 양자점, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 탄소 나노섬유 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
일부 실시방식에서, 음극 막층은 또한 선택적으로 증점제(예: 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMC-Na))과 같은 기타 보조제를 포함한다.
일부 실시방식에서, 음극판은 다음 방식으로 제조될 수 있다. 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 임의의 기타 성분과 같은 전술한 음극판을 제조하기 위한 성분을 용제(예: 탈이온수)에 분산시켜 음극 슬러리를 형성하고, 음극 슬러리를 음극 집전체에 코팅하고, 건조, 냉압 등 공정을 거쳐 음극판을 얻을 수 있다.
[전해질]
전해질은 양극판과 음극판 사이에서 이온을 전도하는 작용을 한다. 본 출원에서는 전해질의 종류에 대해 특별히 제한하지 않으며, 실제 수요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 전해질은 액체, 겔 또는 완전 고체일 수 있다.
일부 실시방식에서, 상기 전해질로는 전해액을 사용한다. 상기 전해액은 전해질염 및 용제를 포함한다.
일부 실시방식에서, 전해질염은 리튬 헥사플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로보레이트, 리튬 퍼클로레이트, 리튬 헥사플루오로아르세네이트, 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드, 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드, 리튬 트리플루오로메탄설포네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트, 리튬 비스(옥살레이트)보레이트, 리튬 디플루오로(옥살레이트)포스페이트 및 리튬 테트라플루오로(옥살라토)포스페이트, 헥사플루오로인산나트륨(NaPF6), 헥사플루오로붕산나트륨(NaBF4), NaN(SO2F)2(NaFSI로 약칭함), NaClO4, NaAsF6, NaB(C2O4)2(NaBOB로 약칭함), NaBF2(C2O4)(NaDFOB로 약칭함), NaN(SO2RF)2 및 NaN(SO2F)(SO2RF) 중 하나 또는 다수로 선택되고, 여기서, RF는 CbF2b+1을 대표하고, b는 1~10 범위 내의 정수이고, 선택적으로 1~3 범위 내의 정수이고, 더 선택적으로, RF는 -CF3, -C2F5 또는 -CF2CF2CF3이다.
일부 실시방식에서, 용제는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 메틸 포르메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피온에이트, 에틸 프로피온에이트, 프로필 프로피온에이트, 메틸 부티레이트, 에틸 부티레이트, 1,4-부티롤락톤, 설포레인, 메틸 설폰, 에틸 메틸 설폰 및 에틸 설폰 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
일부 실시방식에서, 상기 전해액은 또한 선택적으로 첨가제를 포함한다. 예를 들어 첨가제는 음극 성막 첨가제, 양극 성막 첨가제를 포함할 수 있고, 또한 전지 과충전 성능을 개선하는 첨가제, 전지 고온 또는 저온 성능을 개선하는 첨가제 등과 같이 전지의 일부 성능을 개선할 수 있는 첨가제를 포함할 수도 있다.
일부 실시방식에서, 양극판, 음극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 거쳐 전극 조립체로 제조될 수 있다.
[외부 패키지]
일부 실시방식에서, 이차전지는 외부 패키지를 포함할 수 있고, 양극판, 음극판 및 전해질을 패키징하는 데 사용된다. 일 예시로서, 양극판, 음극판 및 분리막은 적층 또는 권취를 거쳐 적층 구조의 베어 셀 또는 권취 구조의 베어 셀을 형성할 수 있으며, 베어 셀은 외부 패키지 내에 패키징된다. 전해질은 본 출원의 제1 양상의 상기 전해액을 사용하며, 전해액은 베어 셀에 함침된다. 이차전지 내 베어 셀의 수는 하나 또는 다수일 수 있으며, 실제 수요에 근거하여 조정할 수 있다.
일 실시방식에서, 본 출원은 전극 조립체를 제공한다. 일부 실시방식에서, 양극판, 음극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 거쳐 전극 조립체로 제조될 수 있다. 외부 패키지는 전술한 전극 조립체 및 전해질을 패키징하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시방식에서, 이차전지의 외부 패키지는 파우치형 연질 패키지와 같은 연질 패키지일 수 있다. 연질 패키지의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 등 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있다. 일부 실시방식에서, 이차전지의 외부 패키지는 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등과 같은 경질 케이스일 수 있다.
본 출원에서는 이차전지의 형상에 대해 특별히 제한하지 않으며, 이는 원통형, 사각형 또는 기타 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 1은 일 예시로서 사각형 구조의 이차전지(5)이다.
일부 실시방식에서, 도 2를 참조하면, 외부 패키지는 하우징 본체(51) 및 커버 플레이트(53)를 포함할 수 있다. 여기서, 하우징 본체(51)는 바닥판 및 바닥판과 연결되는 측판을 포함할 수 있으며, 바닥판과 측판으로 에워싸서 수용 캐비티를 형성할 수 있다. 하우징 본체(51)에는 수용 캐비티와 연통하는 개구부가 구비되고, 커버 플레이트(53)는 상기 수용 캐비티를 밀폐하기 위해 상기 개구부를 덮는 데 사용된다. 양극판, 음극판과 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 거쳐 전극 조립체(52)를 형성할 수 있다. 전극 조립체(52)는 상기 수용 캐비티 내에 패키징된다. 전해액은 전극 조립체(52) 속에 함침되어 있다. 이차전지(5)에 포함된 전극 조립체(52)의 수는 하나 또는 다수일 수 있으며, 본 분야의 기술자라면 구체적인 실제 수요에 따라 선택할 수 있다.
일부 실시방식에서, 이차전지는 전지모듈로 조립될 수 있으며, 전지모듈에 포함되는 이차전지의 수는 하나 또는 다수일 수 있으며, 본 분야의 기술자는 전지모듈의 적용 및 용량에 따라 구체적인 수를 선택할 수 있다.
도 3은 일례로서 전지모듈(4)이다. 도 3을 참조하면, 전지모듈(4)에서, 다수의 이차전지(5)는 전지모듈(4)의 길이 방향을 따라 순차적으로 배열될 수 있다. 물론, 기타 임의의 방식으로 배열될 수도 있다. 더 나아가, 이 다수의 이차전지(5)는 고정부재를 통해 고정될 수 있다.
선택적으로, 전지모듈(4)은 수용 공간을 갖는 하우징을 더 포함할 수 있고, 다수의 이차전지(5)는 이 수용 공간에 수용된다.
일부 실시방식에서, 전술한 전지모듈은 또한 전지팩으로 조립될 수 있으며, 전지팩에 포함되는 전지모듈의 수는 하나 또는 다수일 수 있으며, 본 분야의 기술자는 전지팩의 적용 및 용량에 따라 구체적인 수를 선택할 수 있다.
도 4 및 도 5는 일례로서 전지팩(1)이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 전지팩(1)에는 전지 케이스 및 전지 케이스 내에 설치되는 다수의 전지모듈(4)이 포함될 수 있다. 전지 케이스는 상부 케이스(2)와 하부 케이스(3)를 포함하며, 상부 케이스(2)는 하부 케이스(3)를 덮어 전지모듈(4)을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 다수의 전지모듈(4)은 임의의 방식에 따라 전지 케이스 내에 배열될 수 있다.
또한, 본 출원은 전기기기를 더 제공하며, 상기 전기기기는 본 출원에 따른 이차전지, 전지모듈 또는 전지팩 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 이차전지, 전지모듈 또는 전지팩은 상기 전기기기의 전원으로 사용되거나, 상기 전기기기의 에너지 저장 유닛으로 사용될 수 있다. 상기 전기기기는 모바일 기기(예: 휴대폰, 노트북 등), 전기자동차(예: 순수 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 전기자전거, 전기스쿠터, 전기골프차, 전기트럭 등), 전기열차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 전기기기는 사용 수요에 따라 이차전지, 전지모듈 또는 전지팩을 선택할 수 있다.
도 6은 일 예시로서 전기기기이다. 이 전기기기는 순수 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그인 하이브리드 전기자동차 등이다. 이차전지의 고전력 및 고에너지 밀도에 대한 전기기기의 수요를 충족하기 위해 전지팩 또는 전지모듈을 사용할 수 있다.
다른 일 예시로서 기기는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북 등일 수 있다. 이 기기는 일반적으로 경박화가 요구되므로 이차전지를 전원으로 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 출원의 실시예에 대해 설명한다. 아래에서 설명되는 실시예는 예시적이며, 본 출원에 대한 해석 용도로만 사용되며, 본 출원에 대한 제한으로 이해되어서는 안된다. 실시예에서 명시되지 않은 구체적인 기술 또는 조건은 본 분야에서의 문헌에 기재된 기술 또는 조건 또는 제품설명서를 따른다. 제조사 표시 없이 사용하는 시제나 기구는 시중에서 구할 수 있는 재래품이다.
실시예
1. 중합체의 제조
제조예 1
실온에서, 몰비 50:44:6에 따라, 메틸아크릴레이트 60.92g, 아크릴로니트릴 33.04g 및 아크릴아미드 6.04g을 계량하여, 기계교반기, 온도계 및 응결관이 장착된 500mL의 4구 플라스크에 넣고, 다시 3g의 황산 도데실 나트륨 유화제, 1g의 과황산암모늄 기폭제 및 120g의 탈이온수를 넣고, 1600 rpm의 회전 속도로 30min 동안 교반 유화한 후, 다음 질소의 보호 하에 75℃까지 가열하고 4h 동안 반응하여 pH 값을 6~8로 조절하고, 즉시 40℃ 이하로 냉각하고 출료하여 중합체 1을 얻는다.
제조예 2~5
제조예 2~5의 제조 단계는 제조예 1과 동일하고, 서로 다른 곳은 3종 단량체의 몰비가 각각 51:43:6, 52:42:6, 53:41:6 및 54:40:6인 것이고, 또한 3종 단량체의 질량은 총 100 g으로 계산하고, 중합체 2~5를 얻는다.
제조예 6~10
제조예 6에서, 실온에서, 몰비 51:44:5에 따라, 부틸아크릴레이트 69.71g, 아크릴로니트릴 24.90g 및 N-메틸올아크릴아미드 5.39g을 계량하고, 나머지 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 6을 얻는다.
제조예 7~10에서, 전술한 3종 단량체의 몰비는 각각 52:43:5, 53:42:5, 54:41:5, 55:40:5이고, 또한 3종 단량체의 질량은 총 100 g으로 계산하고, 나머지 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 7~10을 얻는다.
제조예 11~15
제조예 11에서, 실온에서, 몰비 52:44:4에 따라, 에틸메타크릴레이트 68.42g, 아크릴로니트릴 26.91g 및 N-메틸올아크릴아미드 4.66g을 계량하고, 나머지 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 11을 얻는다.
제조예 12~15에서, 전술한 3종 단량체의 몰비는 각각 53:43:4, 54:42:4, 55:41:4, 56:40:4이고, 또한 3종 단량체의 질량은 총 100 g으로 계산하고, 나머지 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 12~15을 얻는다.
제조예 16~20
제조예 16에서, 실온에서, 몰비 53:44:3에 따라, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 67.94g, 메타크릴로니트릴 29.08g 및 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 2.99g을 계량하고, 나머지 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 16을 얻는다.
제조예 17~20에서, 전술한 3종 단량체의 몰비는 각각 54:43:3, 55:42:3, 56:41:3, 57:40:3이고, 또한 3종 단량체의 질량은 총 100 g으로 계산하고, 나머지 제조 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 17~20을 얻는다.
제조예 21~25
제조예 21에서, 실온에서, 몰비 54:44:2에 따라, 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 70.44g, 메타크릴로니트릴 26.71g 및 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 2.85g을 계량하고, 나머지 제조 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 21을 얻는다.
제조예 22~25에서, 전술한 2종 단량체의 몰비는 각각 55:43:2, 56:42:2, 57:41:2, 58:40:2이고, 또한 3종 단량체의 질량은 총 100 g으로 계산하고, 나머지 제조 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 22~25을 얻는다.
제조예 26
제조예 26에서, 실온에서, 몰비 52:42:6에 따라, 시클로헥실아크릴레이트 75.13g, 아크릴로니트릴 20.88g, 아크릴아미드 4.00g을 계량하고, 나머지 제조 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 26을 얻는다.
제조예 27
제조예 27에서, 실온에서, 몰비 57:40:3에 따라, 이소보르닐메타크릴레이트 80.07g, 메타크릴로니트릴 16.95g, N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 2.98g을 계량하고, 나머지 제조 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 27을 얻는다.
비교 제조예 1
실온에서, 몰비 60:32:8에 따라, 메틸아크릴레이트 69.50g, 아크릴로니트릴 22.85g 및 아크릴아미드 7.65g을 계량하고, 나머지 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 C1을 얻는다.
비교 제조예 2
실온에서, 몰비 60:40에 따라, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 74.42g 및 메타크릴로니트릴 25.58g을 계량하고, 나머지 단계는 제조예 1과 동일하며, 중합체 C2를 얻는다.
겔 투과 크로마토그래피 기기를 사용하여 전술한 제조예 및 비교 제조예에서 얻은 중합체 1~26 및 비교 중합체 1의 중량 평균 분자량을 측정한다.
표 1은 전술한 제조예 1~25 및 비교 제조예 1~2에서의 단량체 및 그의 몰비, 및 최종 얻은 중합체의 중량 평균 분자량을 표시하였다.
순번 제1종 단량체 제2종 단량체 제3종 단량체 몰량 비율 중량 평균 분자량
제조예 1 메틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 아크릴아미드 50:44:6 63300
제조예 2 메틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 아크릴아미드 51:43:6 64100
제조예 3 메틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 아크릴아미드 52:42:6 74500
제조예 4 메틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 아크릴아미드 53:41:6 79300
제조예 5 메틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 아크릴아미드 54:40:6 87100
제조예 6 부틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 51:44:5 76200
제조예 7 부틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 52:43:5 80200
제조예 8 부틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 53:42:5 87800
제조예 9 부틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 54:41:5 90100
제조예 10 부틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 55:40:5 91600
제조예 11 에틸메타크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 52:44:4 90500
제조예 12 에틸메타크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 53:43:4 101200
제조예 13 에틸메타크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 54:42:4 102900
제조예 14 에틸메타크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 55:41:4 110500
제조예 15 에틸메타크릴레이트 아크릴로니트릴 N-메틸올아크릴아미드 56:40:4 115000
제조예 16 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 53:44:3 90600
제조예 17 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 54:43:3 100500
제조예 18 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 55:42:3 103900
제조예 19 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 56:41:3 110300
제조예 20 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 57:40:3 115000
제조예 21 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 54:44:2 85600
제조예 22 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 55:43:2 93700
제조예 23 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 56:42:2 100300
제조예 24 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 57:41:2 110300
제조예 25 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 58:40:2 118800
제조예 26 시클로헥실아크릴레이트 아크릴로니트릴 아크릴아미드 52:42:6 84300
제조예 27 이소보르닐메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 57:40:3 116500
비교 제조예 1 메틸아크릴레이트 아크릴로니트릴 아크릴아미드 60:32:8 125500
비교 제조예 2 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 메타크릴로니트릴 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 60:40:0 58400
2. 실란커플링제로 개질된 이산화규소 입자의 제조
물:에틸알코올:실란커플링제의 질량비가 8:72:20이 되도록 혼합액을 제조하고, 다음 이산화규소 입자를 교반기 내에 넣고 60~70℃로 가열하고, 전술한 혼합액을 천천히 적가하며, 최종적으로 이산화규소 입자와 혼합액의 질량비를 다음 표 2에 표시하였다. 적가가 완료된 후 다시 계속하여 2~3h 동안 교반하여, 혼합물을 얻는다. 혼합물을 120℃에서 2h 동안 건조시켜, 실란커플링제로 개질된 이산화규소 입자를 얻는다.
레이저 입도 분석기를 사용하여, 실란커플링제로 개질된 이산화규소 입자의 평균 입경(Dv50)을 탈이온수를 분산제로 하여 측정하였고, 표 2에 표시하였다.
3. 결합제 조성물의 제조 및 성능 테스트
실시예 1
1. 결합제 조성물의 제조
중합체와 실란커플링제로 개질된 이산화규소 입자의 75:25의 질량비에 따라, 750g의 제조예 1에 의해 얻은 중합체 1에 250g의 실란커플링제로 개질된 이산화규소 입자 및 1kg의 탈이온수를 넣고, 실온 조건에서 1시간 동안 교반하고, 분무 건조를 거쳐, 중합체가 개질된 이산화규소 입자에 피복되고, 다시 볼밀 및 분쇄하여 결합제를 얻는다. 사용된 실란커플링제는 트리에톡시비닐실란이고, 제조된 실란커플링제로 개질된 이산화규소 입자의 평균 입경(Dv50)은 460nm이다.
2. 분리막의 제조
시판되는 두께가 20μm이고, 평균 구경이 80nm인 PP-PE 공중합체 미세다공성 박막(Zhuogao Electronic Technology Company의 모델 20)을 기재로 사용하였다. 상기와 같이 제조된 코팅 조성물을 N-메틸피롤리돈(NMP)에서 균일하게 교반 및 혼합하여, 슬러리(고형물함량은 20%임)를 얻는다. 슬러리를 기재의 두 개의 표면에 균일하게 도포하고, 유기 용제를 건조시켜 제거하고, 코팅 조성물이 기재 상의 도포 밀도는 0.5g/m2이고, 분리막을 얻는다.
3. 양극판의 제조
폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 인산 철 리튬(LFP), 도전제 카본블랙, N-메틸피롤리돈(NMP)을 1.2:58.38:0.42:40의 질량비로, 충분히 교반하고 균일하게 혼합하여 양극 슬러리를 제조한다. 이 양극 슬러리를 200g/m2의 부하량으로 양극 집전체 알루미늄 포일에 균일하게 코팅하고, 이후 건조, 냉압, 절단을 거쳐 양극판을 얻는다.
4. 음극판의 제조
인조 흑연, 도전제(아세틸렌 블랙), 결합제(스타이렌-뷰타다이엔 고무(SBR)), 증점제(카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMC-Na))를 96.2:1.0:1.6:1.2의 질량비로, 탈이온수에 넣고, 충분히 교반 혼합하여 음극 슬러리(고형물함량은 63%임)를 제조한다. 이 음극 슬러리를 98 g/m2의 부하량으로 음극 집전체의 구리 포일에 코팅하고, 이후 건조, 냉압, 절단을 거쳐 음극판을 얻는다.
5. 전해액의 제조
25℃에서, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 디에틸 카보네이트(DEC)를 1:1:1의 체적비에 따라 혼합하여 혼합 용제를 얻고, 다음 LiPF6을 전술한 혼합 용제에 용해시켜 전해액을 얻고, 여기서 LiPF6의 농도는 1 mol/L이다.
6. 이차전지의 제조
전술한 양극판, 분리막, 음극판을 순서대로 적층 및 권취, 예압 성형(이 기간 내에 분리막과 극판이 접착됨)하여, 전극 조립체를 얻고, 전극 조립체를 외부 패키지에 넣고, 전술에서 제조된 전해액을 넣어 패키징, 방치, 화성, 노화 등 공정을 거쳐, 이차전지를 얻는다.
실시예 2
다음 표 2에 표시된 바와 같이, 중합체와 실란커플링제로 개질된 이산화규소의 60:40의 질량비에 따라, 600g의 제조예 11의 중합체에 400g의 개질된 이산화규소 입자 및 1kg 탈이온수를 넣고, 실온 조건에서 1시간 동안 교반하고, 분무 건조, 볼밀 및 분쇄를 거쳐 결합제를 얻는다. 실시예 2의 나머지 단계는 실시예 1과 동일하다.
실시예 3~5
다음 표 2에 표시된 바와 같이, 실시예 3~5의 중합체는 각각 제조예 24, 26 및 27에서 얻은 중합체 24, 26 및 27이고, 이외의 나머지 단계는 실시예 1과 동일하다.
실시예 6~8
다음 표 2에 표시된 바와 같이, 실시예 6~8의 실란커플링제는 각각 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 3-(메타크릴록시기)프로필트리메톡시실란이고, 기타 단계는 실시예 1과 동일하다.
실시예 9~13
다음 표 2에 표시된 바와 같이, 실시예 9~13의 이산화규소 입자와 실란커플링제 트리에톡시비닐실란의 질량비는 각각 99.9:0.1, 99.4:0.6, 98.2:1.8, 98.0:2.0, 97.6:2.4이고, 실란커플링제로 개질된 이산화규소 입자의 평균 입경(Dv50)은 순차적으로 780 nm, 550 nm, 330nm, 590 nm, 980 nm이고, 기타 단계는 실시예 2와 동일하다.
실시예 14~17
다음 표 2에 표시된 바와 같이, 실시예 14~17의 중합체와 실란커플링제로 개질된 이산화규소의 질량비는 각각 40:60, 50:50, 80:20, 90:10이고, 기타 단계는 실시예 3과 동일하다.
비교예 1
표 2에 표시된 바와 같이, 비교예 1과 실시예 2의 구별점은 결합제 조성물에 실란커플링제가 포함되지 않는 것이며, 나머지 단계는 실시예 2와 동일하다.
비교예 2~3
표 2에 표시된 바와 같이, 비교예 2~3과 실시예 1의 구별점은 중합체가 각각 비교 제조예 1 및 2에서 얻은 중합체 C1 및 C2인 것이며, 나머지 단계는 실시예 1과 동일하다.
2. 테스트 방법:
(1) 분리막과 양극판의 접착력 테스트
전지의 양극판을 분리막과 중첩하고, 핫프레스에 놓고, 핫프레스의 파라미터를 온도 25℃, 압력 10t, 시간 30s로 설정하고, 압착하여 접착된 분리막/양극판 샘플을 얻고, 분리막/극판 샘플을 150×20mm의 직사각형 스플라인으로 커팅한다. 양면테이프를 통해 전술한 직사각형 스플라인의 양극판의 일면을 강판에 부착하고, 직사각형 스플라인의 일단에서 분리막과 양극판을 길이 방향을 따라 2cm의 길이로 분리하고, 테스트 샘플을 얻는다.
강판을 수평으로 유지하고 만능 시험기(Xieqiang Instrument Manufacturing (Shanghai) Co., Ltd.의 모델 CTM2100)의 하부 클램프로 고정하고, 상술한 바와 같이 분리막의 박리단부를 만능 시험기의 상부 클램프로 고정하고, 인장기에 연결한다. 테스트 조건은 인장 속도 20 mm/min, 수평 인장력 10cm로 설정한다. 인장력이 안정되면 인장력 값을 기록하고, 인장력 값과 샘플 너비의 비율을 통해 분리막과 극판의 접착력을 얻는다. 테스트 결과는 표 2에 표시하였다.
(2) 전지의 사이클 성능/용량 유지율 테스트
실시예 1을 예를 들면, 전지 용량 유지율 테스트 과정은 다음과 같다. 25℃에서, 실시예 1에서 제조하여 얻은 전지를 1/3C의 정전류로 4.3V까지 충전하고, 다시 4.3V의 정격 전압으로 전류가 0.05C까지 충전하고, 5min 동안 방치하고, 다시 1/3C로 2.8V까지 방전하여, 얻은 방전 용량이 초기 용량(C0)이고, 전술한 동일 전지에 위의 단계를 반복함과 동시에 n번째 사이클 후 전지의 방전 용량(Cn)을 기록하면 각 사이클 후 전지 용량 유지율은 Pn=(Cn/C0)×100%이다. 즉 사용 가능한 특정 사이클 횟수에서의 전지 용량 유지율로 사이클 성능의 차이를 구현한다.
표 2의 실시예 1에 대응하는 전지 용량 유지율 데이터는 전술한 테스트 조건에서 100회의 사이클 이후에 측정하여 얻은 데이터이다. 비교예 및 기타 실시예의 테스트 과정은 위와 동일하다. 테스트 결과는 표 2에 표시하였다.
순번 중합체 실란커플링제로 개질된 이산화규소 중합체와 개질된 이산화규소의 질량비 분리막과 극판의 접착력/(N/m) 용량 유지율/(%)
실란커플링제 이산화규소와 실란커플링제 질량비 평균 입경/(nm)
실시예 1 1 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 75:25 5.40 96.0
실시예 2 11 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 60:40 6.20 97.0
실시예 3 24 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 75:25 5.50 97.0
실시예 4 26 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 75:25 5.10 96.0
실시예 5 27 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 75:25 4.80 96.0
실시예 6 1 3-아미노프로필트리에톡시실란 98.8:1.2 460 75:25 5.70 96.0
실시예 7 1 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 98.8:1.2 460 75:25 4.90 97.0
실시예 8 1 3-(메타크릴록시기)프로필트리메톡시실란 98.8:1.2 460 75:25 5.30 96.0
실시예 9 11 트리에톡시비닐실란 99.9:0.1 780 60:40 2.50 93.0
실시예 10 11 트리에톡시비닐실란 99.4:0.6 550 60:40 4.60 96.0
실시예 11 11 트리에톡시비닐실란 98.2:1.8 330 60:40 4.80 98.0
실시예 12 11 트리에톡시비닐실란 98.0:2.0 590 60:40 4.40 95.0
실시예 13 11 트리에톡시비닐실란 97.6:2.4 980 60:40 3.80 94.0
실시예 14 24 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 40:60 2.50 95.0
실시예 15 24 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 50:50 3.90 97.0
실시예 16 24 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 80:20 5.10 98.0
실시예 17 24 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 90:10 3.40 94.0
비교예 1 11 - - 810* 60:40 2.30 86.0
비교예 2 C1 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 75:25 2.00 91.0
비교예 3 C2 트리에톡시비닐실란 98.8:1.2 460 75:25 1.90 90.0
* 비교예 1의 이곳의 입경은 커플링제로 개질되지 않은 세라믹 입자의 입경이다.
위의 표 2에서의 실시예 1~17과 비교예 1~3을 비교하면, 본 출원의 결합제 조성물은 양호한 접착성을 갖고, 또한 이차전지의 전지 용량 유지율을 개선하는 데 도움이 있음을 알 수 있다.
본 출원은 전술한 실시방식에만 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 전술한 실시방식는 예시일 뿐이며, 본 출원의 기술적 솔루션의 범위 내에서 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 효과를 발휘하는 실시방식은 모두 본 출원의 기술적 범위 내에 포함된다. 또한, 본 출원의 요지의 범위를 이탈하지 않고, 본 분야의 기술자가 착상할 수 있는 다양한 변형이 실시방식에 적용되고, 실시방식의 구성요소 중 일부를 조합하여 구성되는 기타 방식도 본 출원의 범위 내에 포함된다.
1-전지팩; 2-상부 케이스; 3-하부 케이스; 4-전지모듈; 5-이차전지; 51-하우징 본체; 52-전극 조립체; 53-탑커버 조립체.

Claims (15)

  1. 결합제에 있어서, 중합체 및 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자를 포함하되, 상기 중합체는 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체에서 유도되는 구조단위를 포함하고, 또한 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 몰비는 50 내지 58:40 내지 44:2 내지 6이고,
    상기 제1종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 I의 화합물에서 선택되고,
    I
    여기서, R1은 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 또한 R2는 치환 또는 비치환된 직쇄형 또는 분기형의 C1-15 알킬기, C3-6 사이클로알킬기 및 이소보르닐기에서 선택되고, 치환되는 경우에, 치환기는 수산기 및 C1-6 사슬 알킬기에서 선택되고,
    상기 제2종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 II의 화합물에서 선택되고,
    II
    여기서, R3은 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고,
    상기 제3종 단량체는 하나 또는 다수의 화학식 III의 화합물에서 선택되고,
    III
    여기서, R4는 수소 원자 및 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 또한 R5는 수소 원자, 수산기 C1-6 알킬기 및 C1-6 알콕시기에서 선택되는 것을 특징으로 하는 결합제.
  2. 제1항에 있어서, R1은 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 또한 R2는 치환 또는 비치환된 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, 치환되는 경우에, 치환기는 수산기이고, 및/또는 R3은 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 및/또는 R4는 수소 원자 및 메틸기에서 선택되고, 또한 R5는 수소 원자, 수산기 C1-4 알킬기 및 C1-4 알콕시기에서 선택되는 것을 특징으로 하는 결합제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1종 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 아이소뷰틸아크릴레이트, sec-부틸메타크릴레이트, 터트-부틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 도데실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시프로필아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, 2-하이드록시프로필메타크릴레이트 중 하나 또는 다수로 선택되고, 및/또는
    상기 제2종 단량체는 아크릴로니트릴 또는 메타크릴로니트릴이고, 및/또는
    상기 제3종 단량체는 아크릴아미드, N-메틸올아크릴아미드 및 N-뷰톡시메틸아크릴아마이드 중 하나 또는 다수로 선택되는 것을 특징으로 하는 결합제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1종 단량체, 제2종 단량체 및 제3종 단량체의 몰비는 50 내지 57:41 내지 44:2 내지 6인 것을 특징으로 하는 결합제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체의 중량 평균 분자량은 60000 내지 120000이고, 선택적으로 63300 내지 118800인 것을 특징으로 하는 결합제.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실란커플링제로 개질된 세라믹 입자의 평균 입경(Dv50)은 200 nm 내지 980 nm이고, 더 선택적으로 200 nm 내지 600 nm이고, 더 선택적으로 330 nm 내지 550 nm인 것을 특징으로 하는 결합제.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실란커플링제는 하나 또는 다수의 화학식 IV의 화합물에서 선택되고,
    IV
    여기서, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 직쇄형 또는 분기형의 C1-6 알킬기에서 선택되고, R9는 C2-6 알케닐기 및 C1-6 직쇄형 알킬기에서 선택되고, 상기 C1-6 직쇄형 알킬기의 말단 탄소 원자상의 적어도 하나의 수소 원자는 아미노기, 2,3-에폭시프로폭시기 및 메타크릴록시기에서 선택된 치환기로 치환되고,
    선택적으로, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 메틸기 및 에틸기에서 선택되고, 및/또는 R9는 비닐기, 3-아미노프로필기, 3-(2,3-에폭시프로폭시기)프로필기 및 3-(메타크릴록시기)프로필기에서 선택되고,
    더 선택적으로, 상기 실란커플링제는 트리에톡시비닐실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 3-(메타크릴록시기)프로필트리메톡시실란 중 하나 또는 다수로 선택되는 것을 특징으로 하는 결합제.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 입자와 실란커플링제의 중량비는 97.5 내지 99.9:0.1 내지 2.5이고, 더 선택적으로 98.0 내지 99.9:0.1 내지 2.0이고, 더 선택적으로 98.2 내지 99.4:0.6 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 결합제.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체와 상기 세라믹 입자의 중량비는 40 내지 90:10 내지 60이고, 선택적으로 50 내지 80:20 내지 50인 것을 특징으로 하는 결합제.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체는 상기 세라믹 입자에 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 결합제.
  11. 분리막에 있어서, 상기 분리막은 기재층 및 상기 기재층의 적어도 하나의 표면에 설치된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 의한 상기 결합제를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막.
  12. 이차전지에 있어서, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 의한 상기 결합제, 및/또는 제11항에 의한 상기 분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 전지모듈에 있어서, 제12항에 의한 상기 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 전지팩에 있어서, 제13항에 의한 상기 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 전기기기에 있어서, 제12항에 의한 상기 이차전지, 제13항에 의한 상기 전지모듈 및 제14항에 의한 상기 전지팩 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
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