WO2015126227A1 - Electrode composition for secondary battery and preparation method therefor - Google Patents

Electrode composition for secondary battery and preparation method therefor Download PDF

Info

Publication number
WO2015126227A1
WO2015126227A1 PCT/KR2015/001781 KR2015001781W WO2015126227A1 WO 2015126227 A1 WO2015126227 A1 WO 2015126227A1 KR 2015001781 W KR2015001781 W KR 2015001781W WO 2015126227 A1 WO2015126227 A1 WO 2015126227A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
active material
polymer chains
electrode composition
secondary battery
material particles
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/001781
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
조영태
최용길
박승철
서희영
이용의
홍영진
Original Assignee
(주)오렌지파워
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)오렌지파워 filed Critical (주)오렌지파워
Publication of WO2015126227A1 publication Critical patent/WO2015126227A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386Silicon or alloys based on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the ratio of the polymer chains and the metal cations may satisfy the following Equation 1.
  • the value of the ratio may be selected in consideration of the average diameter of the secondary particles which are the synthesized electrode composition.
  • the binder composite since the active material particles and the binder composite can be simultaneously formed in the polar solvent using a polar solvent, preferably water, the binder composite may be uniformly wetted on the active material particles.
  • a polar solvent preferably water
  • the binder composite may be uniformly wetted on the active material particles.
  • a manufacturing method capable of economically and rapidly forming a large amount of electrode composition for a battery while minimizing environmental load may be provided.
  • Anion exchanger (10_1) is -CO 2 -, -SO 2 -, -SO 3 -, -OSO 3 -, -PO 3 2-, -OPO 3 2-, -OP (OH) O -, -CS 2 - or -OCO 2 - can be.
  • Anionic group 10_1 may be bonded to the main chain and / or side chain of the polymer chains 10_2. 1 illustrates that the anion group 10_1 is bonded to the main chain of the polymer chains 10_2.
  • the polymer chains 10_2 may be locally electrically negatively charged in a solvent such as a polar solvent or a slurry by the anion group 10_1.
  • the metal cation 10_3 may be more than bivalent because the metal cations 10_3 must be ionically bonded to the anion group 10_1 of each of the polymer chains 10_2 to fix different polymer chains 10_2.
  • the ratio K between the addition amount of the metal cation 10_3 and the charge amount according to the addition amount of the polymer chains in consideration of the valence of the metal cation 10_3 may be determined to satisfy Equation 1 below.
  • the charge amount of the metal cation 10_3 is the number of cations x ion valence
  • the charge amount of the polymer chains 10_2 is the number x ion valence of the anion group 10_1.
  • the polar solvent may be water, alcohol (including but not limited to methanol, ethanol, isobutyl alcohol, octanol, polyvinyl alcohol ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, polyvinyl alcohol, Cyclohexanol, octyl alcohol, decanol, hexatecanol, glycerol, propylene glycol, ethylene glycol, propylene glycol, pinacol, 1.2-octanediol, 1,2-dodecanediol and 1,2-hexadecanediol Any one or a mixture thereof and other primary, secondary and tertiary alcohols may be used), acetic acid, acetone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N- Methylpyrrolidone (NMP) may be included.
  • alcohol including but not limited to methanol, ethanol
  • the polar solvent is octyl ether, butyl ether, hexyl ether, benzyl ether, phenyl ether, decyl ether, ethyl methyl ether, dimethyl ether, diethyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, 1,4- Cycle ethers such as dioxane, or polyether solvents such as polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polytetramethylene glycol (PTMG), polyoxymethylene (POM), polytetrahydrofuran.
  • PEG polyethylene glycol
  • PPG polypropylene glycol
  • PTMG polytetramethylene glycol
  • POM polyoxymethylene
  • the polar solvent may be polyethylene terephthalate, acrylate ester and cellulose acetate, isobutyl acetate, isopropyl acetate, aryl hexanoate, benzyl acetate, bornyl acetate, butyl acetate Or a cyclic ester solvent such as lactone.
  • the liquid solvent is water capable of minimizing environmental load.
  • Polymer chains having an anionic group in the polar solvent are provided (S20).
  • the polymer chains may be dissolved and / or dispersed in the polar solvent.
  • the polymer chains may be added in the polar solvent in the form of a monomo having an anionic group, and then polymerized into the polymer chains by injecting energy such as light, initiator, and heat.
  • the polymer chains may be provided in the polar solvent in solid or liquid form, previously polymerized externally.
  • Magnesium may also be provided as sulfur oxides (MgSO 4 .7H 2 O). These salts are applicable as long as they can be easily ionized in polar solvents among the commercialized compounds, and the present invention is not limited thereto.
  • the metal cations may be provided by an organic or inorganic metal polymer precursor that is dissociable in the polar solvent, such as polyaluminum chloride.
  • the metal salt or metal polymer precursor may be provided such that the ratio K of the polymer chains and the metal cations satisfies Equation 1 below.
  • K is greater than 0, it is possible to bond between polymer chains, and when it is greater than 1, metal cations may be exposed freely in the electrolyte, which may adversely affect the oxidation and reduction reaction of lithium.
  • the ratio K may be selected in consideration of the average diameter of the secondary particles of the synthesized electrode composition.
  • Ca (OH) 2 a precursor of Ca, forms a suitable secondary particle size at 0.5 ⁇ K ⁇ 1.
  • K value is less than 0.5, aggregation between the active material particles does not occur well, and secondary particles of the active material particles having a suitable size may be obtained from 0.5 or more.
  • polyaluminum chloride it has a suitable secondary particle size at 0 ⁇ K ⁇ 0.3.
  • K exceeds 0.3 the size of the secondary particles is coarse and additional processes such as a grinding process are required for use, so they are not suitable for application as an active material composition.
  • a surfactant may be added in the polar solvent to improve the dispersion stability of the metal cations and / or active material particles.
  • the surfactant may be, for example, octylamine, trioctylamine, decylamine, decylamine, dodecylamine, tetratradecylamine, hexadecylamine, hexadecylamine, or oleate.
  • C8 to C24 amine surfactants selected from oleylamine, octadecylamine, tribenzylamine, triphenylamine, or mixtures thereof.
  • steps S10-S30 may be performed sequentially or one of the steps may be reversed.
  • polymer chains may be first provided in the polar solvent (S20), and then active materials and metal ions may be added to the polar solvent (S10 and S30).
  • the stirring process may be performed, and optionally, additional operations such as temperature control and ultrasonic dispersion may be performed.
  • a conductive material may be added together in the polar solvent.
  • the conductive material may be carbon black, ultrafine graphite particles, and fine carbon such as acetylene black, nano metal particle paste, or indium tin oxide (ITO) paste, but the present invention is not limited thereto.
  • Example Active material particles Binder composite precursor Polar solvent / volume Polymer chains / average molecular weight Metal salt / average weight
  • Example 1 Silicon core particles PAA (poly acrylamide) / Mw 450,000 g / mol Ca (OH) 2 / 0.25 g Methanol / 100 ml
  • Example 2 Silicon Core / Carbon Shell Composite Particles
  • Example 3 Silicon Core / Carbon Shell Composite Particles Polyvinyl pyrolidone (PVP) / 1,250,000 g / mol Ca (OH) 2 /0.4 g Distilled water / 100 ml Comparative example Silicon particles PAA450,000 g / mol - Methanol / 100 ml
  • Examples 1 to 3 are exemplary and the present invention is not limited thereto.
  • the active material particles may first be dispersed in a polar solvent, and then precursors of the polymer chains may be added.
  • active material particles are primary particles including a silicon core 20_1 or a carbon layer 20_2, which is a conductive layer coated on the silicon core 20_1, and includes a binder composite on the active material particles. It can be seen that the coating layer 10 is formed to have a uniform thickness.
  • Table 2 is a result of measuring the tensile strength (tensile strength) of the binder composite constituting the negative electrode composition for secondary batteries prepared according to Examples 1 to 3 of the present invention.
  • the tensile strength of PAA alone according to the comparative example is 90 MPa, and the tensile strength of the binder composites of Examples 1 to 3 is significantly improved to 55 to 65% compared to the comparative example.
  • the initial capacity is larger than 2,500 mAh / g. However, it can be seen that the capacity is maintained at 90% or more in the case of 50 cycles, but deterioration occurs while the capacity is drastically reduced to 75% in the comparative example.
  • Table 3 shows the thickness change of the average electrode expansion rate of the negative electrode according to Experimental Examples 1 to 3 and the average electrode expansion rate of the negative electrode according to Comparative Example. Referring to Table 3, in Examples 1 to 3, the thickness change during charging is suppressed to less than 150% based on the initial thickness, and the thickness change during charging and discharging is suppressed to 30% or less based on the charging. .
  • the electrode according to the comparative example showed a thickness change of about 220% based on the initial thickness, and the thickness change during charging and discharging reached 52% based on the charging time, indicating a thickness change of 50% or more. It was.
  • the electrodes involved in charging and discharging of the active material particles by fixing the active material particles by a binder composite having polymer chains strongly bonded to each other by ionic bonds in which the lifespan and capacity retention rate of Examples 1 to 3 are improved compared to the comparative example It is considered that the expansion ratio is effectively suppressed, and according to the embodiment of the present invention, it can be seen that even in the case of the non-carbon-based negative electrode material having a large volume change rate, stable life and reliability can be ensured.
  • the strong ionic bonds fix the particles between the active material particles or the current collector and the active material particles regardless of the size of the active material particles, the amount of the binder is minimized compared to the conventional binder which fixes the active material particles only by covalent bonding. Can improve the energy density.
  • the electrode composition described above is a material in which the active material particles are primary particles or secondary particles, and are dispersed in a solvent and applied to the current collector in the form of a slurry, or additionally, a binder may be applied to the current collector in the form of a slurry by further adding a binder.
  • the battery binder composite minimizes the amount of binder used compared to the conventional binder to improve the energy density of the battery, isolate the surface of the active material particles and the electrolyte solution to prevent the differentiation of the active material particles life and reliability To improve.

Abstract

The present invention relates to an electrode composition for a secondary battery and a preparation method therefor. The electrode composition according to one embodiment of the present invention comprises a binder composite and active material particles fixed by the binder composite, wherein the binder composite comprises: polymer chains each having at least one anion radical; and at least divalent metal cations which are ionically bonded to the at least one anion radical, thereby fixing the polymer chains to each other.

Description

이차 전지용 전극 조성물 및 이의 제조 방법Electrode composition for secondary battery and method for producing same
본 발명은 이차 전지 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차 전지용 전극 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to secondary battery technology, and more particularly, to an electrode composition for a secondary battery and a method of manufacturing the same.
이차 전지는 가역성이 우수한 전극 재료를 사용하여 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 대표적으로 리튬 이차 전지가 상용화되었다. 상기 리튬 이차 전지는 스마트폰, 휴대용 컴퓨터 및 전자 종이와 같은 소형 IT기기의 소형 전력원으로서뿐만 아니라 자동차와 같은 이동 수단에 탑재되거나 스마트 그리드와 같은 전력 공급망의 전력 저장소에 사용되는 중대형 전력원으로서도 그 응용이 기대되고 있다.The secondary battery is a battery which can be charged and discharged using an electrode material having excellent reversibility, and typically a lithium secondary battery has been commercialized. The lithium secondary battery is not only a small power source of small IT devices such as smart phones, portable computers, and electronic paper, but also a medium-large power source that is mounted on a vehicle such as an automobile or used for power storage of a power supply network such as a smart grid. Applications are expected.
리튬 이차 전지의 음극 재료로서 리튬 금속을 사용할 경우 덴드라이트의 형성으로 인해 전지 단락이 발생하거나 폭발의 위험성이 있기 때문에, 음극에는 상기 리튬 금속 대신 리튬의 삽입(intercalation) 및 탈장(deintercalation)이 가능한 그래파이트 및 인조 흑연과 같은 결정질계 탄소 또는 소프트 카본 및 하드 카본과 탄소계 활물질이 많이 사용된다. 그러나, 이차 전지의 응용이 소형 전력원뿐만 아니라 중대형 전력원까지 확대됨에 따라 리튬 이차 전지의 고용량화 및 고출력화가 지속적으로 요구되고 있다. 최근 이러한 요구에 대응하여, 탄소계 재료 대비 8 배 이상의 높은 이론 용량을 갖는 실리콘(Si), 주석(Sn) 또는 알루미늄(Al)과 같은 리튬과 합금화가 가능한 금속 및 준금속 음극 재료, 또는 스피넬 구조의 리튬 티탄 산화물 (LTO)와 같은 금속 산화물을 포함하는 비탄소계 음극 재료가 주목을 받고 있다.When lithium metal is used as a negative electrode material of a lithium secondary battery, graphite may be intercalated and deintercalated in place of the lithium metal, because there is a risk of battery short circuit or explosion due to the formation of dendrites. And crystalline carbon or soft carbon such as artificial graphite, and hard carbon and carbon-based active materials. However, as the application of the secondary battery is expanded to not only a small power source but also a medium-large power source, there is a continuous demand for high capacity and high output of the lithium secondary battery. In response to these demands recently, metal and metalloid negative electrode materials or spinel structures capable of alloying with lithium such as silicon (Si), tin (Sn), or aluminum (Al) having a theoretical capacity of 8 times higher than carbon-based materials. Attention has been paid to non-carbon-based negative electrode materials containing metal oxides such as lithium titanium oxide (LTO).
그러나, 상기 비탄소계 음극 재료는, 전지의 충·방전 과정에서 부피 변화로 인하여 활물질 사이의 전기적 연결이 파괴되거나, 집전체로부터 활물질이 분리되고 전해질에 의한 활물질의 침식과 같은 문제점이 있어 이의 실용화에 장벽이 있다. 따라서, 비탄소계 음극 재료의 적용을 위해서는, 충·방전시 부피 변화에 따른 전지의 비가역성을 개선하는 것이 요구된다. However, the non-carbon-based negative electrode material has problems such as breakdown of the electrical connection between the active materials due to volume change in the process of charging and discharging the battery, separation of the active material from the current collector, and erosion of the active material by the electrolyte. There is a barrier. Therefore, in order to apply a non-carbon negative electrode material, it is required to improve the irreversibility of a battery according to the volume change at the time of charge and discharge.
또한, 고속 충·방전을 위해 활물질 입자들 사이의 결합과 입자들과 집전체 사이의 접착력 유지가 필요하며, 이 경우 많은 양의 바인더가 필요한 실정이다. 바인더는 전극의 전기적 저항 요소로 작용하므로 궁극적으로 전지의 전체 에너지 밀도를 저하시키고 충·방전 효율을 저감시킨다.In addition, for fast charging and discharging, bonding between active material particles and maintaining adhesion between the particles and the current collector are required, in which case a large amount of binder is required. The binder acts as an electrical resistance element of the electrode, ultimately lowering the overall energy density of the battery and reducing the charge and discharge efficiency.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 이차 전지의 충·방전 특성을 열화시키지 않고 전극 접착력을 확보하여 바인더의 양을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 전지의 충·방전에 수반하는 부피 변화를 억제하여 전지의 수명을 향상시킬 수 있는 이차 전지용 전극 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be solved by the present invention is to minimize the amount of the binder by securing the electrode adhesion without deteriorating the charge and discharge characteristics of the secondary battery, and also to reduce the volume change accompanying the charge and discharge of the battery. It is providing the secondary battery electrode composition which can suppress and improve the lifetime of a battery.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 이차 전지용 전극 조성물을 경제적이고 신속하게 대량으로 형성할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a manufacturing method capable of economically and quickly forming a large amount of the electrode composition for secondary batteries having the above-described advantages.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조성물은, 바인더 복합체와 상기 바인더 복합체에 의해 고정되는 활물질 입자들을 포함한다. 상기 바인더 복합체는 각각 적어도 하나 이상의 음이온기를 갖는 고분자 사슬들; 및 상기 적어도 하나 이상의 음이온기와 이온 결합되어 상기 고분자 사슬들을 서로 고정하는 2가 이상의 금속 양이온들을 포함할 수 있다.An electrode composition for a secondary battery according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem includes a binder composite and active material particles fixed by the binder composite. The binder composite includes polymer chains each having at least one anionic group; And divalent or more metal cations ion-bonded with the at least one anionic group to fix the polymer chains together.
상기 고분자 사슬들의 평균 분자량은 40,000 g/mol ~ 3,000,000 g/mol의 범위 내이다. 일 실시예에서, 상기 고분자 사슬들은 폴리사카라이드, 스틸렌 부타디엔, 아크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리비닐피롤리돈, 카르복실레이티드 스틸렌-부타디엔, 알긴산(alginic acid), 나트륨 알긴화물(sodium alginate), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 카르복시메틸 전분(carboxymethyl starch), 카르복시메틸 구아검(carboxymethyl guar gum), 카르보시메틸 잔탄 검(carboxymethyl xanthane gum), 카르복시메틸 타라 검(carboxymethyl tara gum), 로우 메톡실 펙틴(low methoxyl pectin), 카라지난(carrageenan), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 키토산, 글루코오스, 수크로오스, 말토오스, 락토오스, 전분, 글리코겐, 천연고무 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The average molecular weight of the polymer chains is in the range of 40,000 g / mol to 3,000,000 g / mol. In one embodiment, the polymer chains are polysaccharide, styrene butadiene, acrylate, ethylene vinyl acetate, polyacrylonitrile, acrylonitrile-butadiene-styrene, poly (vinyl chloride), poly (vinylidene chloride), poly Vinylpyrrolidone, carboxylated styrene-butadiene, alginic acid, sodium alginate, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl starch, carboxymethyl guar gum gum, carboxymethyl xanthane gum, carboxymethyl tara gum, low methoxyl pectin, carrageenan, polyacrylic acid, polyproylene (polypropylene), polystyrene, poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), cell LOS may comprise (cellulose), amylose (amylose), chitosan, glucose, sucrose, maltose, lactose, starch, glycogen, a natural rubber or a mixture thereof.
바람직하게는, 상기 고분자 사슬들은 선형 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 고분자 사슬들은 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 천연고무(isoprene의 중합체) 또는 이들의 혼합물을 포함한다.Preferably, the polymer chains may have a linear structure. For example, the polymer chains may include polyacrylic acid, polypropylene, polystyrene, poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), and cellulose (polyacrylic acid). cellulose, amylose, natural rubber (polymer of isoprene) or mixtures thereof.
상기 음이온기는 -CO2 -, -SO2 -, -SO3 -, -OSO3 -, -PO3 2-, -OPO3 2-, -OP(OH)O-, -CS2 - 또는 -OCO2 - 를 포함할 수 있다. 상기 금속 양이온들은 알카리 토금속, 전이 금속 또는 이들의 합금의 양이온이다. 상기 알카리 토금속은, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 또는 바륨을 포함하고, 상기 전이 금속은, 타이타늄, 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 또는 구리; 이트륨, 지르코늄, 나이오븀, 몰리브데늄, 테크네륨, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 또는 카드뮴; 또는, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 또는 이리듐을 포함할 수 있다.The anionic group is -CO 2 -, -SO 2 -, -SO 3 -, -OSO 3 -, -PO 3 2-, -OPO 3 2-, -OP (OH) O -, -CS 2 - or -OCO 2 - may be included. The metal cations are cations of alkaline earth metals, transition metals or alloys thereof. The alkaline earth metal may include beryllium, magnesium, calcium, strontium, or barium, and the transition metal may include titanium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, or copper; Yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, or cadmium; Or hafnium, tantalum, tungsten, or iridium.
일 실시예에서, 상기 고분자 사슬들과 상기 금속 양이온들의 비율은 하기의 식 1을 만족할 수 있다. 상기 비율의 값은 합성된 전극 조성물인 2차 입자들의 평균 직경을 고려하여 선택될 수 있다. In one embodiment, the ratio of the polymer chains and the metal cations may satisfy the following Equation 1. The value of the ratio may be selected in consideration of the average diameter of the secondary particles which are the synthesized electrode composition.
[식 1][Equation 1]
0 < 금속 양이온 무게당 양의 하전량 / 고분자 사슬들 무게당 음의 하전량 ≤ 10 <positive charge per weight of metal cations / negative charge per weight of polymer chains ≤ 1
상기 활물질 입자들은 전지의 충·방전시 부피 변화율이 100 % 내지 400 %의 범위 내인 활물질로부터 선택될 수 있다. 상기 활물질 입자들은 Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb 및 Fe 중 어느 하나; 이의 금속간 화합물; 이의 산화물; 또는 이의 질화물로 형성된 활물질 코어를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 상기 활물질 입자들은 활물질 코어 및 상기 활물질 코어 상에 코팅되는 도전층을 포함할 수도 있다.The active material particles may be selected from active materials having a volume change rate of 100% to 400% during charging and discharging of a battery. The active material particles are any one of Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb and Fe; Intermetallic compounds thereof; Oxides thereof; Or it may include an active material core formed of a nitride thereof. In addition, in some embodiments, the active material particles may include an active material core and a conductive layer coated on the active material core.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법은, 극성 용매 내에 전지용 활물질 입자들을 제공하는 단계; 상기 극성 용매 내에 음이온기를 갖는 고분자 사슬들을 제공하는 단계; 상기 극성 용매 내에 2가 이상의 금속 양이온들을 제공하는 단계; 상기 고분자 사슬들의 음이온기와 상기 금속 양이온들의 이온 결합을 유도하여 상기 활물질 입자들 상에 상기 고분자 사슬들과 상기 금속 양이온들을 포함하는 바인더 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 활물질 입자들을 수득하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode composition for a secondary battery, the method comprising: providing active material particles for a battery in a polar solvent; Providing polymer chains having anionic groups in the polar solvent; Providing divalent or more metal cations in the polar solvent; Inducing an ionic bond between the anionic groups of the polymer chains and the metal cations to form a binder composite including the polymer chains and the metal cations on the active material particles; And obtaining the active material particles.
일부 실시예에선, 상기 극성 용매는 물, 알코올, 아세트산, 아세톤, N, N-디메틸포름아미드, N, N-디메틸아세트아미드, 또는 N-Methylpyrrolidone(NMP), 옥틸에테르, 부틸에테르, 헥실에테르, 벤질에테르, 페닐에테르, 데실에테르, 에틸메틸에테르, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디페닐에테르, 테트라하이드로퓨란, 1,4-다이옥산, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리테트라메틸렌 글리콜(PTMG), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리테트라하이드로퓨란, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴레이트 에스테르, 셀룰로스 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 아릴 헥사노에이트(allyl hexanoate), 벤질 아세테이트(benzyl acetate), 보닐 아세테이트(bornyl acetate), 부틸 아세테이트 또는 락톤을 포함하며, 바람직하게는 상기 극성 용매는 물이다.In some embodiments, the polar solvent is water, alcohol, acetic acid, acetone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-Methylpyrrolidone (NMP), octyl ether, butyl ether, hexyl ether, Benzyl ether, phenyl ether, decyl ether, ethyl methyl ether, dimethyl ether, diethyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polytetramethylene Glycol (PTMG), polyoxymethylene (POM), polytetrahydrofuran, polyethylene terephthalate, acrylate esters, cellulose acetate, isobutyl acetate, isopropyl acetate, aryl hexanoate, benzyl acetate ), Bornyl acetate, butyl acetate or lactone, preferably the polar solvent is water.
본 발명의 실시예에 따르면, 이온 결합에 의해 강하게 서로 결합되는 고분자 사슬들을 갖는 바인더 복합체에 의해 활물질 입자들을 고정함으로써 활물질 입자들의 충·방전에 수반하는 부피 변화율을 감소시켜 비탄소계 음극 재료를 사용하여도 수명과 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 상기 금속 이온들은 리튬 이차 전지의 경우 전지의 충·방전 특성을 열화시키지 않고 오히려 수명과 신뢰성 향상에 기여하는 것으로 보인다. 또한, 강한 이온 결합으로 활물질 입자의 크기와 무관하게 활물질 입자들 사이 또는 집전체와 활물질 입자들 사이를 고정하기 때문에, 공유 결합만으로 활물질 입자들을 고정하는 종래의 바인더에 비해 바인더의 사용량을 최소화하여 전지의 에너지 밀도를 향상시키고, 바인더 복합체는 활물질 입자들의 표면과 전해액을 격리시켜 활물질 입자들의 미분화를 방지하여 수명과 신뢰성을 향상시킨다. According to an embodiment of the present invention, by fixing the active material particles by a binder composite having polymer chains strongly bonded to each other by ion bonding, the rate of change in volume accompanying charge and discharge of the active material particles is reduced, thereby using a non-carbon negative electrode material. In addition, the lifespan and reliability can be improved, and the metal ions do not deteriorate the charge / discharge characteristics of the battery in the case of a lithium secondary battery. In addition, since the strong ionic bonds fix the particles between the active material particles or the current collector and the active material particles regardless of the size of the active material particles, the amount of the binder is minimized compared to the conventional binder which fixes the active material particles only by covalent bonding. To improve the energy density of the binder composite is to isolate the surface of the active material particles and the electrolyte solution to prevent the differentiation of the active material particles to improve the life and reliability.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 극성 용매, 바람직하게는 물을 이용하여 상기 극성 용매 내에서 활물질 입자들과 바인더 복합체를 동시에 형성할 수 있기 때문에 활물질 입자들에 바인더 복합체를 균일하게 웨팅시킬 수 있을 뿐만 아니라 물을 사용하는 경우 환경 부하를 최소화하면서 전지용 전극 조성물을 경제적이고 신속하게 대량으로 형성할 수 있는 제조 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, since the active material particles and the binder composite can be simultaneously formed in the polar solvent using a polar solvent, preferably water, the binder composite may be uniformly wetted on the active material particles. In addition, when using water, a manufacturing method capable of economically and rapidly forming a large amount of electrode composition for a battery while minimizing environmental load may be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 복합체의 구조를 도시한다.1 illustrates a structure of a binder composite according to an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 활물질 입자들의 구조를 도시하는 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating structures of active material particles according to various embodiments of the present disclosure.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 활물질 조성물의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery active material composition according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명의 상기 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 활물질 입자들을 도시하는 투과 전자 현미경 이미지이다.4A to 4C are transmission electron microscope images showing active material particles prepared according to Examples 1 to 3, respectively, of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 각각 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에 의한 전극 조성물을 이용하여 제조된 반쪽 전지들의 충·방전 싸이클 수에 대한 용량과 용량 유지율을 도시하는 그래프들이다.5A and 5B are graphs showing capacity and capacity retention with respect to the number of charge / discharge cycles of half batteries manufactured using the electrode compositions according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples, respectively.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.  오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the inventive concept to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description, the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the term “and / or” includes any and all combinations of one or more of the listed items.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.  본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.  또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, "comprise" and / or "comprising" specifies the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or groups of these. It is not intended to exclude the presence or the addition of one or more other shapes, numbers, acts, members, elements and / or groups.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 복합체(10)의 구조를 도시한다.1 illustrates a structure of a binder composite 10 according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 바인더 복합체(10)는 각각 적어도 하나 이상의 음이온기(10_1)를 갖는 고분자 사슬들(10_2), 및 고분자 사슬들(10_2) 각각의 음이온기(10_1)와 이온 결합되어 고분자 사슬들(10_2)을 서로 고정하는 2가 이상의 금속 양이온(10_3)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the binder composite 10 is ion-bonded with the polymer chains 10_2 having at least one anion group 10_1, and the anion group 10_1 of each of the polymer chains 10_2. And a divalent or higher metal cation 10_3 that fixes the ones 10_2 to each other.
고분자 사슬들(10_2)은 선형 고분자이거나, 가지 고분자 또는 3차원 구조의 가교 고분자일 수 있다 바람직하게는, 고분자 사슬들(10_2)은 선형 고분자일 수 있다. 후술하는 활물질 입자들이 미세화되어 나노 크기의 직경을 갖는 경우에도, 상기 선형 고분자는 활물질 입자들과 점 접촉함으로써, 충분한 기공을 확보하여 바인더 복합체(10)에 의한 리튬의 이동도 저감을 방지하고, 활물질의 슬러리 제조 공정에서도 가소성에 의해 적합한 점성을 유지하도록 함으로써 집전체에 이를 도포하는 것을 용이하게 한다.The polymer chains 10_2 may be linear polymers, or may be branched polymers or three-dimensional crosslinked polymers. Preferably, the polymer chains 10_2 may be linear polymers. Even when the active material particles described later are micronized to have a nano-sized diameter, the linear polymer is in point contact with the active material particles, thereby securing sufficient pores to prevent the mobility of lithium from being reduced by the binder composite 10, and It is also easy to apply it to the current collector by maintaining a suitable viscosity by plasticity in the slurry production process of.
고분자 사슬들(10_2)은 단일 중합체이거나 공중합체일 수 있다. 고분자 사슬들(10_1)의 평균 분자량은 40,000 g/mol ~ 3,000,000 g/mol의 범위 내이다. 고분자 사슬들(10_1)의 평균 분자량이 40,000 g/mol 미만인 경우, 통상 수십 나노 미터에서 수백 마이크로 미터의 평균 직경을 갖는 활물질 입자의 크기 대비 분자 크기가 작아 활물질 입자들 사이의 고정을 위한 고분자 사슬간의 충분한 결합력을 얻을 수 없고, 3,000,000 g/mol 를 초과하는 경우 금속 양이온과 고분자 사슬간 균일한 혼합이 어려워져 슬러리 제조가 어려울 뿐만 아니라 활물질 입자들 사이에 충분한 결합력을 얻을 수 없다.The polymer chains 10_2 may be homopolymers or copolymers. The average molecular weight of the polymer chains 10_1 is in the range of 40,000 g / mol to 3,000,000 g / mol. When the average molecular weight of the polymer chains (10_1) is less than 40,000 g / mol, the molecular size is small compared to the size of the active material particles having an average diameter of several tens of nanometers to several hundred micrometers between the polymer chains for fixing between the active material particles If sufficient binding force cannot be obtained, and in excess of 3,000,000 g / mol, uniform mixing between the metal cations and the polymer chains becomes difficult, making slurry not only difficult, but also sufficient binding force cannot be obtained between the active material particles.
일 실시예에서, 고분자 사슬들(10_2)은 폴리사카라이드, 스틸렌 부타디엔, 아크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리비닐피롤리돈, 카르복실레이티드 스틸렌-부타디엔, 알긴산(alginic acid), 나트륨 알긴화물(sodium alginate), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 카르복시메틸 전분(carboxymethyl starch), 카르복시메틸 구아검(carboxymethyl guar gum), 카르보시메틸 잔탄 검(carboxymethyl xanthane gum), 카르복시메틸 타라 검(carboxymethyl tara gum), 로우 메톡실 펙틴(low methoxyl pectin), 카라지난(carrageenan), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 키토산, 글루코오스, 수크로오스, 말토오스, 락토오스, 전분, 글리코겐, 천연고무(isoprene의 중합체) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 고분자 사슬들(10_2)은 선형 고분자인 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 천연고무(isoprene의 중합체) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. In one embodiment, the polymer chains 10_2 are polysaccharide, styrene butadiene, acrylate, ethylene vinyl acetate, polyacrylonitrile, acrylonitrile-butadiene-styrene, poly (vinyl chloride), poly (vinylidene chloride ), Polyvinylpyrrolidone, carboxylated styrene-butadiene, alginic acid, sodium alginate, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl starch, carboxymethyl guar gum (carboxymethyl guar gum), carbomethylmethyl xanthane gum, carboxymethyl tara gum, low methoxyl pectin, carrageenan, polyacrylic acid, Polypropylene, polystyrene, poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), cellulite Cellulose, amylose, chitosan, glucose, sucrose, maltose, lactose, starch, glycogen, natural rubber (polymer of isoprene) or mixtures thereof. Polyacrylic acid, polypropylene, polystyrene, poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), cellulose, amylose (polyacrylic acid) amylose), natural rubber (polymer of isoprene) or mixtures thereof.
음이온기(10_1)는 -CO2 -, -SO2 -, -SO3 -, -OSO3 -, -PO3 2-, -OPO3 2-, -OP(OH)O-, -CS2 - 또는 -OCO2 - 일 수 있다. 음이온기(10_1)는 고분자 사슬들(10_2)의 주쇄 및/또는 측쇄에 결합될 수 있다. 도 1은 음이온기(10_1)가 고분자 사슬들(10_2)의 주쇄에 결합된 것을 예시한다. 음이온기(10_1)에 의해 고분자 사슬들(10_2)은 용매, 예를 들면, 극성 용매 또는 슬러리 상태에서 국부적으로 전기적으로 음으로 하전될 수 있다. Anion exchanger (10_1) is -CO 2 -, -SO 2 -, -SO 3 -, -OSO 3 -, -PO 3 2-, -OPO 3 2-, -OP (OH) O -, -CS 2 - or -OCO 2 - can be. Anionic group 10_1 may be bonded to the main chain and / or side chain of the polymer chains 10_2. 1 illustrates that the anion group 10_1 is bonded to the main chain of the polymer chains 10_2. The polymer chains 10_2 may be locally electrically negatively charged in a solvent such as a polar solvent or a slurry by the anion group 10_1.
음이온기(10_1)와 이온 결합되어 고분자 사슬들(10_2)을 고정하는 금속 양이온(10_3)은 용매 내에서 전기적으로 양으로 하전된다. 따라서, 상기 용매 내에서 고분자 사슬들(10_2)의 음이온기(10_1)과 금속 양이온(10_3)은 점선 타원(IB)로 나타낸 바와 같이 국부적으로 이온 결합하게 된다. 그 결과 고분자 사슬들(10_2)은 기계적으로 강하면서 기공을 갖는 네트워크 구조를 갖게 된다. The metal cation 10_3 that is ionically bonded to the anionic group 10_1 to fix the polymer chains 10_2 is electrically positively charged in the solvent. Therefore, the anion group 10_1 and the metal cation 10_3 of the polymer chains 10_2 in the solvent are locally ionically bonded as indicated by the dotted ellipse IB. As a result, the polymer chains 10_2 have a network structure that is mechanically strong and has pores.
금속 양이온(10_3)은 고분자 사슬들(10_2) 각각의 음이온기(10_1)과 이온 결합하여 서로 다른 고분자 사슬들(10_2)을 고정하여야 되기 때문에 2가 이상일 수 있다. 금속 양이온(10_3)의 가수를 고려한 금속 양이온(10_3)의 첨가량과 고분자 사슬들의 첨가량에 따른 하전량의 비율 K는, 하기의 식 1을 만족하도록 결정될 수 있다. 금속 양이온(10_3)의 하전량은 양이온의 개수 × 이온 가수이며, 고분자 사슬들(10_2)의 하전량은 음이온기(10_1)의 개수× 이온 가수이다.The metal cation 10_3 may be more than bivalent because the metal cations 10_3 must be ionically bonded to the anion group 10_1 of each of the polymer chains 10_2 to fix different polymer chains 10_2. The ratio K between the addition amount of the metal cation 10_3 and the charge amount according to the addition amount of the polymer chains in consideration of the valence of the metal cation 10_3 may be determined to satisfy Equation 1 below. The charge amount of the metal cation 10_3 is the number of cations x ion valence, and the charge amount of the polymer chains 10_2 is the number x ion valence of the anion group 10_1.
[식 1] [Equation 1]
0 < 금속 양이온 무게당 양의 하전량 / 고분자 사슬들 무게당 음의 하전량 ≤ 10 <positive charge per weight of metal cations / negative charge per weight of polymer chains ≤ 1
상기 K가 0을 초과하여 1 이하일 때 고분자 사슬간 결합이 금속 양이온들이 매개하는 고분자 사슬간의 결합이 이루어지고, 1을 초과하는 경우에는 금속 양이온들이 전해질 내에 자유로운 상태로 노출될 수 있어 리튬의 산화 및 환원 반응에 역효과를 줄 수 있다. 상기 K가 0을 초과하여 1 이하일 때 고분자 사슬간 결합이 금속 양이온들이 매개하는 고분자 사슬간의 결합이 이루어지고, 1을 초과하는 경우에는 금속 양이온들이 전해질 내에 자유로운 상태로 노출될 수 있어 리튬의 산화 및 환원 반응에 역효과를 줄 수 있다. 바람직하게는, 상기 K 값은 첨가되는 금속 양이온의 종류에 따라 결정될 수 있다. 이에 관하여는 후술하도록 한다.When K is greater than 0 and less than or equal to 1, the interchain linkage between the polymer chains is mediated by the metal cations. When the K exceeds 1, the metal cations may be exposed freely in the electrolyte to oxidize lithium and It can adversely affect the reduction reaction. When K is greater than 0 and less than or equal to 1, the interchain linkage between the polymer chains is mediated by the metal cations. When the K exceeds 1, the metal cations may be exposed freely in the electrolyte to oxidize lithium and It can adversely affect the reduction reaction. Preferably, the K value may be determined according to the type of metal cation added. This will be described later.
상기 2가 이상의 금속 양이온(10_3)은 알카리 토금속, 전이 금속 또는 이들의 합금의 양이온을 포함할 수 있다. 상기 알카리 토금속은, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 또는 바륨을 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은, 예를 들면, 타이타늄, 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 또는 구리; 이트륨, 지르코늄, 나이오븀, 몰리브데늄, 테크네륨, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 또는 카드뮴; 또는, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 또는 이리듐을 포함할 수 있다.The divalent or higher metal cation 10_3 may include a cation of an alkaline earth metal, a transition metal, or an alloy thereof. The alkaline earth metal may include beryllium, magnesium, calcium, strontium, or barium. The transition metal may be, for example, titanium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel or copper; Yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, or cadmium; Or hafnium, tantalum, tungsten, or iridium.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 활물질 입자들(20A, 20B)의 구조를 도시하는 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating structures of active material particles 20A and 20B according to various embodiments of the present disclosure.
도 2a를 참조하면, 활물질 입자(20A)는 활물질 코어(20_1) 및 활물질 코어(20_1)의 적어도 일부를 둘러싸는 바인더 복합체(10)를 포함할 수 있다. 바인더 복합체(10)에 관하여는 도 1에 개시된 사항을 참조할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the active material particles 20A may include an active material core 20_1 and a binder composite 10 surrounding at least a portion of the active material core 20_1. Regarding the binder composite 10, reference may be made to the matter disclosed in FIG. 1.
일 실시예에서, 활물질 코어(20_1)는, 전지의 충전 및 방전을 수행할 수 있는 에너지 저장 물질일 수 있다. 예를 들면, 활물질 코어(20_1)는 리튬 이온과 얼로잉 및 디얼로잉, 흡장 및 방출, 또는 흡착/탈착과 같은 가역적 반응 기구에 의해 리튬 이온의 산화 및 환원 반응을 수반하는 금속, 준금속 또는 이들의 혼합물을 포함하는 음극용 활물질일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 금속 또는 준금속은, Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb 및 Fe 중 어느 하나, 또는 SnSb, SnAg, 및 Sn2Fe와 같은 금속간 화합물일 수 있다.In one embodiment, the active material core 20_1 may be an energy storage material capable of charging and discharging the battery. For example, the active material core 20_1 may be a metal, metalloid, or metal that involves oxidation and reduction of lithium ions by reversible reaction mechanisms such as alloying and de-alloying, occluding and releasing, or adsorption / desorption with lithium ions. It may be an active material for a negative electrode including a mixture thereof. In one embodiment, the metal or metalloid is Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb and Fe, or SnSb, SnAg, and Sn It may be an intermetallic compound such as 2 Fe.
그러나, 전술한 금속 또는 준금속의 활물질 코어(20_1)는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 활물질 코어(20_1)는, 전지의 충·방전에 수반하는 부피 변화율에 의한 응력이 바인더 복합체(10)에 의해 완화될 수 있으므로, 고용량을 얻을 수 있는 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 활물질 코어(20_1)는 전지의 충·방전에 수반하는 부피 변화율이 100 % 내지 400 %의 범위 내인 물질일 수 있으며, 금속 또는 준금속이 아닌 다른 고용량의 실리콘 산화물(SiO2) 또는 주석 산화물(SnO2)과 같은 산화물 또는 LixMyN2(M은 금속임)과 같은 질화물을 포함할 수도 있다. 또는, 전술한 재료들의 혼합 구조 또는 코어-쉘과 같은 복합 구조를 가질 수 있다.However, the active material core 20_1 of the metal or metalloid described above is exemplary, and the present invention is not limited thereto. For example, the active material core 20_1 may include another material capable of obtaining a high capacity since the stress due to the volume change rate accompanying the charging and discharging of the battery may be alleviated by the binder composite 10. For example, the active material core 20_1 may be a material having a volume change rate in a range of 100% to 400% due to charging and discharging of a battery, and may be formed of a high capacity silicon oxide (SiO 2 ) other than metal or metalloid. Oxides such as tin oxide (SnO 2 ) or nitrides such as Li x M y N 2 , where M is a metal. Alternatively, it may have a composite structure such as a core-shell or a mixed structure of the aforementioned materials.
다른 실시예에서, 활물질 코어(20_1)는 양극용 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 양극용 활물질은 리튬 망간 산화물, 리튬 코발트 산화물 또는 리튬 이온 인산화물과 같은 리튬 염들을 포함할 수 있다. In another embodiment, the active material core 20_1 may include an active material for a positive electrode. For example, the cathode active material may include lithium salts such as lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, or lithium ion phosphate.
활물질 코어(20_1)는 전술한 재료들의 1 차 입자이거나 이들 1 차 입자들이 서로 응집되어 형성된 2 차 입자일 수 있다. 활물질 코어(20_1)의 평균 입경은 20 nm 내지 2 ㎛ 범위 내일 수 있으며, 전지의 응용 및 전극 구조에 따라 적절히 선택될 수 있다.The active material core 20_1 may be primary particles of the aforementioned materials or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles with each other. The average particle diameter of the active material core 20_1 may be in the range of 20 nm to 2 μm, and may be appropriately selected according to the application of the battery and the electrode structure.
일부 실시예에서, 활물질 코어(20_1)는 내부에 보이드(미도시)를 가질 수 있다. 상기 보이드는 활물질 코어(20_1) 내부에서 복수의 분리된 캐비티 또는 캐비티들이 서로 연통된 캐비티일 수 있으며, 활물질 코어(20_1)의 표면으로 연장되어 활물질 코어(20_1)의 내부와 표면을 연결하는 통로를 형성할 수도 있다. 상기 보이드를 통하여 리튬 이온들이 활물질 코어(20_1)와 얼로잉 및 디얼로잉, 흡장 및 방출, 또는 흡착/탈착과 같은 전기화학적 반응을 할 수 있으며, 활물질 코어(20_1)와 리튬과의 반응 표면적을 증가시키고, 충전시 활물질 코어(20_1)의 부피 팽창에 대한 버퍼로서 작용할 수 있다.In some embodiments, the active material core 20_1 may have voids (not shown) therein. The void may be a cavity in which a plurality of separated cavities or cavities communicate with each other in the active material core 20_1, and extend to the surface of the active material core 20_1 to connect the inside and the surface of the active material core 20_1. It may be formed. Through the voids, lithium ions may be subjected to electrochemical reactions such as alloying and de-alloying, occlusion and release, or adsorption / desorption with the active material core 20_1, and a reaction surface area of the active material core 20_1 with lithium Increase and act as a buffer for volume expansion of the active material core 20_1 upon filling.
바인더 복합체(10)를 매개로 하여 서로 접촉하고 있는 활물질 코어들(20_1)은 각각의 활물질 코어들(20_1)의 적어도 일부를 각각 코팅하는 바인더 복합체(10)에 의해 서로 고정될 수 있다. 바인더 복합체(10) 사이의 고정은, 고분자 사슬들(10_2) 자체의 공유 결합 및 고분자 사슬들(10_2) 각각의 음이온기(10_1)와 양이온(10_3) 사이의 이온 결합에 의한 고분자 사슬들(10_2) 사이의 결합에 의해 달성된다.The active material cores 20_1, which are in contact with each other through the binder composite 10, may be fixed to each other by the binder composite 10 coating at least a portion of the respective active material cores 20_1. The fixation between the binder composite 10 is the polymer chains 10_2 by covalent bonds of the polymer chains 10_2 itself and ionic bonds between the anion group 10_1 and the cation 10_3 of each of the polymer chains 10_2. Is achieved by a combination of
상기 이온 결합은 고분자 사슬들(10_1)을 공유 결합보다 더 강하게 결합하기 때문에 고분자 사슬들(10_1)의 인장 강도를 증가시키고 바인더 복합체(10) 전체의 탄성률을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예에 따르면, 활물질 코어(20_1)를 포함하는 활물질 입자들(20A) 사이의 충·방전에 수반하는 부피 변화율을 감소시켜, 부피 변화율이 100 % 내지 400 % 범위 내의 활물질을 사용할 수 있으며, 또한, 부피 팽창이 큰 초기 충전 효율을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 부피 변화에 의한 크래킹을 방지하여 수명을 개선할 수 있다. 또한, 강한 이온 결합은, 공유 결합만으로 활물질 입자들을 고정하는 종래의 바인더에 비해 전지의 에너지 밀도를 저감시키는 바인더의 양을 최소화하여 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. Since the ionic bonds bind the polymer chains 10_1 more strongly than the covalent bonds, the ionic bonds may increase the tensile strength of the polymer chains 10_1 and increase the elastic modulus of the entire binder composite 10. As a result, according to the embodiment of the present invention, the volume change rate accompanying charge and discharge between the active material particles 20A including the active material core 20_1 is reduced, so that the volume change rate is in the range of 100% to 400% In addition, it is also possible to improve the initial filling efficiency with large volume expansion, as well as to prevent cracking due to the volume change to improve the life. In addition, the strong ionic bond can improve the energy density of the battery by minimizing the amount of the binder to reduce the energy density of the battery compared to the conventional binder for fixing the active material particles only by covalent bonds.
도 2b를 참조하면, 활물질 입자(20B)는 활물질 코어(20_1) 상에 도전층(20_2)을 더 포함할 수 있다. 그에 따라, 활물질 코어(20_1)와 도전층(20_2)은 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 도전층(20_2)은 서로 접촉하는 실리콘 코어들(10_1) 사이의 전기적 연결을 위한 것이며, 실리콘 코어들(10_1)과 집전체(미도시) 사이의 전자 경로의 내부 저항을 감소시킨다.Referring to FIG. 2B, the active material particles 20B may further include a conductive layer 20_2 on the active material core 20_1. Accordingly, the active material core 20_1 and the conductive layer 20_2 may have a core-shell structure. The conductive layer 20_2 is for electrical connection between the silicon cores 10_1 in contact with each other and reduces the internal resistance of the electron path between the silicon cores 10_1 and the current collector (not shown).
일부 실시예에서, 도전층(20_2)은 흑연, 소프트카본, 탄소나노튜브 또는 그래핀과 같은 결정질 또는 비정질 탄소계 도전층을 포함할 수 있다. 상기 탄소계 도전층은, 도전성을 갖는 SP2 흑연 구조와 절연성을 갖는 SP3의 다이아몬드 구조가 혼재될 수 있으며, 탄소계 도전층이 도전성을 갖기 위해서, 상기 SP2가 SP3보다 더 큰 몰분률을 갖도록 할 수도 있으며, 이는 후술하는 열처리 공정을 통하여 조절되며 확보될 수 있다. 다른 실시예에서, 도전층(20_2)은 안티몬 아연 산화물 또는 안티몬 주석 산화물과 같은 도전성 금속 산화물의 나노 스케일 입자들 또는 이를 포함하는 층일 수도 있다. 도전층(20_2)에 관한 재료들은 예시적이며, 본 발명이 이에 한정되어서는 아니 된다.In some embodiments, the conductive layer 20_2 may include a crystalline or amorphous carbon based conductive layer such as graphite, soft carbon, carbon nanotubes, or graphene. The carbon-based conductive layer may include a conductive SP 2 graphite structure and a diamond structure of SP 3 having an insulating property, and in order for the carbon-based conductive layer to have conductivity, the molar fraction of SP 2 is larger than that of SP 3. It may be to have, which can be adjusted and secured through the heat treatment process described later. In another embodiment, the conductive layer 20_2 may be a nanoscale particles of a conductive metal oxide such as antimony zinc oxide or antimony tin oxide or a layer including the same. Materials relating to the conductive layer 20_2 are exemplary, and the present invention is not limited thereto.
도전층(20_2)의 두께는 2 nm 내지 5 ㎛일 수 있으며, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 도전층(20_2)은 내부의 활물질 코어(20_1)를 전체 전극 내에서 다른 활물질 코어들과 격리시키는 물리적 장벽으로서 기능한다. 이에 의해, 활물질 코어들(20_1) 사이의 응집을 방지할 수 있다.The thickness of the conductive layer 20_2 may be 2 nm to 5 μm, which is illustrative only and the present invention is not limited thereto. The conductive layer 20_2 functions as a physical barrier that isolates the active material core 20_1 from other active material cores in the entire electrode. As a result, aggregation between the active material cores 20_1 can be prevented.
도 2b에서는 하나의 활물질 입자(20B)의 구조를 예시하고 있지만, 도 2a를 참조하여 설명한 바와 같이 복수의 활물질 입자들(20B)이 이를 둘러싸는 바인더 복합체(10)에 의해 강하게 고정되어 전극층을 형성할 수 있다. 바인더 복합체(10)는 전지의 충·방전에 따른 부피 팽창의 버퍼로서 탄성 매트릭스(resilient matrix)로서 기능하며, 특히 바인더 복합체(10)가 선형 구조를 갖는 경우, 네크워크 구조 내에 충분한 기공이 확보되어 리튬과 같은 금속 이온이 활물질 입자(20B)와 전해액(미도시) 사이에서 이동도를 저하시키지 않고 자유로이 왕래할 수 있다. Although the structure of one active material particle 20B is illustrated in FIG. 2B, as described with reference to FIG. 2A, the plurality of active material particles 20B are strongly fixed by the binder composite 10 surrounding the electrode layer to form an electrode layer. can do. The binder composite 10 functions as a resilient matrix as a buffer for volume expansion caused by charging and discharging of a battery, and in particular, when the binder composite 10 has a linear structure, sufficient pores are secured in the network structure to obtain lithium. Metal ions such as these can freely pass between the active material particles 20B and the electrolyte (not shown) without reducing the mobility.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 활물질 조성물의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery active material composition according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 극성 용매 내에 활물질 입자들을 분산시킨다(S10). 활물질 입자들은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 전술한 활물질 코어(20_1), 및 선택적으로는 도전막(20_2)을 포함하는 입자 구조를 갖는 재료이다. 상기 극성 용매는, 상기 활물질 입자들의 분산을 유도하고, 후술하는 음이온기를 갖는 고분자 사슬이 용이하게 용해 및 분산될 수 있는 액상 용매로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 극성 용매는, 물, 알코올(비제한적 예로서, 메탄올, 에탄올, 이소부틸알콜, 옥탄올, 폴리비닐알콜 에틸알콜, 메틸알콜, 이소프로필알콜, 이소부틸알콜, 폴리비닐알콜, 사이클로헥사놀, 옥틸알콜, 데카놀, 헥사테카놀, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 피나콜, 1.2-옥테인디올, 1,2-도데케인디올 및 1,2-헥사데케인디올 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이며, 다른 1차 알코올, 2차 알코올 및 3차 알코올이 사용될 수도 있음), 아세트산, 아세톤, N, N-디메틸포름아미드, N, N-디메틸아세트아미드, 또는 N-Methylpyrrolidone(NMP)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, active material particles are dispersed in a polar solvent (S10). The active material particles are a material having a particle structure including the active material core 20_1 described above with reference to FIGS. 2A and 2B, and optionally the conductive film 20_2. The polar solvent may be selected from a liquid solvent which induces dispersion of the active material particles and in which a polymer chain having an anionic group described later can be easily dissolved and dispersed. For example, the polar solvent may be water, alcohol (including but not limited to methanol, ethanol, isobutyl alcohol, octanol, polyvinyl alcohol ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, polyvinyl alcohol, Cyclohexanol, octyl alcohol, decanol, hexatecanol, glycerol, propylene glycol, ethylene glycol, propylene glycol, pinacol, 1.2-octanediol, 1,2-dodecanediol and 1,2-hexadecanediol Any one or a mixture thereof and other primary, secondary and tertiary alcohols may be used), acetic acid, acetone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N- Methylpyrrolidone (NMP) may be included.
다른 실시예에서, 상기 극성 용매는 옥틸에테르, 부틸에테르, 헥실에테르, 벤질에테르, 페닐에테르, 데실에테르, 에틸메틸에테르, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디페닐에테르, 테트라하이드로퓨란, 1,4-다이옥산과 같은 사이클 에테르, 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리테트라메틸렌 글리콜(PTMG), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리테트라하이드로퓨란과 같은 폴리에테르계 용매일 수 있다. 또는, 상기 극성 용매는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴레이트 에스테르 및 셀룰로스 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 아릴 헥사노에이트(allyl hexanoate), 벤질 아세테이트(benzyl acetate), 보닐 아세테이트(bornyl acetate), 부틸 아세테이트 또는 락톤과 같은 사이클릭 에스테르계 용매일 수도 있다. 그러나, 바람직하게는, 상기 액상 용매는 환경 부하를 최소화할 수 있는 물이다.In another embodiment, the polar solvent is octyl ether, butyl ether, hexyl ether, benzyl ether, phenyl ether, decyl ether, ethyl methyl ether, dimethyl ether, diethyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, 1,4- Cycle ethers such as dioxane, or polyether solvents such as polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polytetramethylene glycol (PTMG), polyoxymethylene (POM), polytetrahydrofuran. Alternatively, the polar solvent may be polyethylene terephthalate, acrylate ester and cellulose acetate, isobutyl acetate, isopropyl acetate, aryl hexanoate, benzyl acetate, bornyl acetate, butyl acetate Or a cyclic ester solvent such as lactone. However, preferably, the liquid solvent is water capable of minimizing environmental load.
상기 극성 용매 내에 음이온기를 갖는 고분자 사슬들이 제공된다(S20). 상기 고분자 사슬들은 상기 극성 용매 내에 용해 및/또는 분산될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 고분자 사슬들은 음이온기를 갖는 모노모 형태로 상기 극성 용매 내에 첨가된 후, 광, 개시제, 열과 같은 에너지를 주입하여 상기 고분자 사슬들로 중합될 수 있다. 다른 실시예에서는, 상기 고분자 사슬들이 미리 외부에서 중합된 채로 고형 또는 액상 형태로 상기 극성 용매 내에 제공될 수 있다.Polymer chains having an anionic group in the polar solvent are provided (S20). The polymer chains may be dissolved and / or dispersed in the polar solvent. In one embodiment, the polymer chains may be added in the polar solvent in the form of a monomo having an anionic group, and then polymerized into the polymer chains by injecting energy such as light, initiator, and heat. In another embodiment, the polymer chains may be provided in the polar solvent in solid or liquid form, previously polymerized externally.
상기 극성 용매 내에 2가 이상의 금속 양이온들을 제공한다(S30). 상기 금속 양이온들은 금속염의 형태로 상기 극성 용매 내에 제공될 수 있다. 상기 금속염은 상기 극성 용매 내에서 이온화될 수 있다. 상기 금속염은, 알카리 토금속 및 전이 금속의 산화물, 탄산화물, 질화물, 질산화물, 황화물, 황산화물, 수산화물 또는 할로겐화물일 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 칼슘이온은 할로겐화물인 염화물(CaCl2) 또는 수산화물(Ca(OH)2)로 상기 극성 용매 내에 제공될 수 있다. 또한, 마그네슘은 황산화물(MgSO4·7H2O)로 제공될 수도 있다. 이들 염들은 상용화된 화합물들 중에 극성 용매 내에서 용이하게 이온화될 수 있는 화합물이면 적용 가능하며, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또는, 상기 금속 양이온들은 폴리염화알루미늄과 같이 상기 극성 용매 내에서 해리 가능한 유기 또는 무기 금속 중합체 전구체에 의해 제공될 수도 있다.It provides divalent or more metal cations in the polar solvent (S30). The metal cations may be provided in the polar solvent in the form of a metal salt. The metal salt may be ionized in the polar solvent. The metal salt may be an oxide, a carbonate, a nitride, a nitride, a sulfide, a sulfur oxide, a hydroxide, or a halide of an alkaline earth metal and a transition metal, but the present invention is not limited thereto. For example, calcium ions may be provided in the polar solvent as chloride (CaCl 2 ) or hydroxide (Ca (OH) 2 ) as a halide. Magnesium may also be provided as sulfur oxides (MgSO 4 .7H 2 O). These salts are applicable as long as they can be easily ionized in polar solvents among the commercialized compounds, and the present invention is not limited thereto. Alternatively, the metal cations may be provided by an organic or inorganic metal polymer precursor that is dissociable in the polar solvent, such as polyaluminum chloride.
일 실시예에서, 상기 금속염 또는 금속 중합체 전구체는, 상기 고분자 사슬들과 상기 금속 양이온들의 비율 K이 하기의 식 1을 만족할 수 있도록 제공될 수 있다. K가 0보다 커야 고분자 사슬 사이의 결합이 이루어지는 것이 가능하며, 1을 초과하는 경우에는 금속 양이온들이 전해질 내에 자유로운 상태로 노출될 수 있어 리튬의 산화 및 환원 반응에 역효과를 줄 수 있다.In one embodiment, the metal salt or metal polymer precursor may be provided such that the ratio K of the polymer chains and the metal cations satisfies Equation 1 below. When K is greater than 0, it is possible to bond between polymer chains, and when it is greater than 1, metal cations may be exposed freely in the electrolyte, which may adversely affect the oxidation and reduction reaction of lithium.
[식 1][Equation 1]
0 < 금속 양이온 무게당 양의 하전량 / 고분자 사슬들 무게당 음의 하전량 ≤ 10 <positive charge per weight of metal cations / negative charge per weight of polymer chains ≤ 1
또한, 상기 비율 K는 합성된 전극 조성물인 2차 입자들의 평균 직경을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 실험으로부터, Ca의 전구체인 Ca(OH)2는 0.5 ≤ K ≤1 에서 적합한 이차 입자 크기를 형성한다. K 값이 0.5 미만일 때는 활물질 입자들간 응집이 잘 일어나지 않고, 0.5 이상일 때부터 적합한 크기를 갖는 활물질 입자들의 이차 입자를 얻을 수 있다. 또 다른 예로서, 폴리염화알루미늄의 경우에는, 0 < K ≤ 0.3 에서 적합한 이차 입자 크기를 갖는다. K가 0.3을 초과하는 경우 이차 입자의 크기가 조대해져 사용을 위해 분쇄 공정과 같은 추가적 공정이 요구되므로 활물질 조성물로서의 응용에 적합하지 않다.In addition, the ratio K may be selected in consideration of the average diameter of the secondary particles of the synthesized electrode composition. For example, from experiments, Ca (OH) 2, a precursor of Ca, forms a suitable secondary particle size at 0.5 ≦ K ≦ 1. When the K value is less than 0.5, aggregation between the active material particles does not occur well, and secondary particles of the active material particles having a suitable size may be obtained from 0.5 or more. As another example, in the case of polyaluminum chloride, it has a suitable secondary particle size at 0 <K ≦ 0.3. When K exceeds 0.3, the size of the secondary particles is coarse and additional processes such as a grinding process are required for use, so they are not suitable for application as an active material composition.
상기 활물질 입자들은 전지의 충·방전시 부피 변화율의 이론 값이 100 % 내지 400 %의 범위 내인 활물질로부터 선택될 수 있다. 이 경우, 상기 K 값은 상기 충·방전시 부피 변화율이 100 % 내지 400 %의 범위 내인 활물질에 대하여 용량 유지율과 수명을 확보하도록 적합한 이차 입자 크기와 함께 부피 변화율을 억제할 수 있는 강도를 갖도록 0을 초과하고 1 이하의 범위 내에서 선택될 수 있다.The active material particles may be selected from active materials having a theoretical value of a volume change rate during charging and discharging of a battery in a range of 100% to 400%. In this case, the K value is 0 so as to have a strength capable of suppressing the volume change rate along with a secondary particle size suitable to secure a capacity retention rate and a lifetime for the active material having a volume change rate in the range of 100% to 400% during charge and discharge. And may be selected within the range of 1 or less.
상기 활물질 입자들은 Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb 및 Fe 중 어느 하나; 이의 금속간 화합물; 이의 산화물; 또는 이의 질화물로 형성된 활물질 코어를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 상기 활물질 입자들은 활물질 코어 및 상기 활물질 코어 상에 코팅되는 도전층을 포함할 수도 있다.The active material particles are any one of Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb and Fe; Intermetallic compounds thereof; Oxides thereof; Or it may include an active material core formed of a nitride thereof. In addition, in some embodiments, the active material particles may include an active material core and a conductive layer coated on the active material core.
일부 실시예에서는, 상기 금속 양이온들 및/또는 활물질 입자들의 분산 안정성을 향상시키기 위해 상기 극성 용매 내에 계면 활성제가 첨가될 수 있다. 상기 계면 활성제는, 예를 들면, 옥틸아민(octylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 데실아민(decylamine), 도데실아민(dodecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 올레일아민(oleylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 트리벤질아민(tribenzylamine), 트리페닐아민(triphenylamine), 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 C8 내지 C24 아민계 계면 활성제일 수 있다.In some embodiments, a surfactant may be added in the polar solvent to improve the dispersion stability of the metal cations and / or active material particles. The surfactant may be, for example, octylamine, trioctylamine, decylamine, decylamine, dodecylamine, tetratradecylamine, hexadecylamine, hexadecylamine, or oleate. C8 to C24 amine surfactants selected from oleylamine, octadecylamine, tribenzylamine, triphenylamine, or mixtures thereof.
전술한 단계들 S10-S30은 순차적으로 수행되거나 어느 하나의 단계가 역전될 수 있다. 예를 들면, 극성 용매 내에 고분자 사슬들을 먼저 제공하고(S20), 이후, 상기 극성 용매 내에 활물질들과 금속 이온을 첨가할 수도 있다(S10, S30). 이때, 교반 공정을 수행할 수 있으며, 선택적으로는, 온도 제어 및 초음파 분산과 같은 추가적인 조작을 할 수 있다. The above-described steps S10-S30 may be performed sequentially or one of the steps may be reversed. For example, polymer chains may be first provided in the polar solvent (S20), and then active materials and metal ions may be added to the polar solvent (S10 and S30). At this time, the stirring process may be performed, and optionally, additional operations such as temperature control and ultrasonic dispersion may be performed.
일부 실시예에서는, 상기 극성 용매 내에 도전재를 함께 첨가할 수 있다. 상기 도전재는, 카본 블랙, 초미세 그라파이트 입자, 및 아세틸렌 블랙과 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트, 또는 ITO(indium tin oxide) 페이스트일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In some embodiments, a conductive material may be added together in the polar solvent. The conductive material may be carbon black, ultrafine graphite particles, and fine carbon such as acetylene black, nano metal particle paste, or indium tin oxide (ITO) paste, but the present invention is not limited thereto.
상기 단계들 S10-S30에 의해, 상기 활물질 입자들에 고분자 사슬들이 코팅되고, 상기 금속 양이온에 의해 상기 활물질 입자들을 코팅하는 고분자 사슬들이 강화되어 바인더 복합체로 이루어진 층을 형성할 수 있다(S40). 또한, 상기 바인더 복합체로 코팅된 활물질 입자들은 각각 서로 접촉하고, 접촉하는 바인더 복합체들이 금속 양이온을 매개로 서로 결합되어 활물질 입자들이 응집된다. 도전재가 상기 극성 용매 내에 첨가된 경우, 활물질 입자들과 함께 도전재가 바인더 복합체에 의해 활물질 입자의 외부에 고정될 것이다.By the steps S10-S30, the polymer chains are coated on the active material particles, and the polymer chains coating the active material particles by the metal cation may be strengthened to form a layer made of a binder composite (S40). In addition, the active material particles coated with the binder composite are in contact with each other, the contacting binder composites are bonded to each other through a metal cation to aggregate the active material particles. When a conductive material is added in the polar solvent, the conductive material together with the active material particles will be fixed to the outside of the active material particles by the binder composite.
응집된 활물질 입자들을 수득한 후, 건조시키고, 적합한 밀링 또는 분급 장치를 이용하여 해쇄(disintegration)하여, 바인더 복합체로 코팅된 활물질 입자들을 얻을 수 있다. 이후, 활물질 입자들은 건식 또는 슬러리 형태로 제조되어 습식 방식으로 집전체에 코팅되거나 함침되어 전극을 형성한다. 활물질 입자들을 코팅하는 바인더 복합체는 집전체 및 활물질 입자들 사이를 고정하는 바인더로서 사용될 수 있다.Aggregated active material particles can be obtained, then dried and disintegrated using a suitable milling or classification apparatus to obtain active material particles coated with a binder composite. Thereafter, the active material particles are prepared in a dry or slurry form to be coated or impregnated on the current collector in a wet manner to form an electrode. The binder composite coating the active material particles can be used as a binder for fixing between the current collector and the active material particles.
실시예Example
전술한 본 발명의 실시예들에 따라 음극 조성물을 합성하였다. 표 1은 제조된 음극 조성물의 활물질 입자, 바인더 복합체의 전구체 및 극성 용매의 조합을 구별하여 표 1과 같이 실시예 1 내지 실시예 3으로 표시하였다. 또한, 본 발명의 실시예들에 대한 비교예로서, 금속 염을 적용하지 않고 고분자 사슬들만으로 바인더를 구성한 음극 조성물도 합성하였다.A negative electrode composition was synthesized according to the embodiments of the present invention described above. Table 1 distinguishes the combination of the active material particles, the precursor of the binder composite and the polar solvent of the prepared negative electrode composition as shown in Examples 1 to 3 as shown in Table 1. In addition, as a comparative example for the embodiments of the present invention, a negative electrode composition having a binder composed of only polymer chains without applying a metal salt was also synthesized.
음이온기를 포함하는 약 0.5 g의 고분자 사슬들이 용해된 100 ml의 극성 용매에 약 10 g의 나노 실리콘 또는 나노 실리콘-카본 복합체를 첨가하여 볼-밀을 이용하여 24 시간 동안 분산시킨다. 이후, 상기 혼합 용액에 금속염인 Ca(OH)2 또는 폴리염화알루미늄을 첨가하여 상기 음이온기를 갖는 바인더와 금속 양이온 Ca2+ 또는 Al3+ 사이의 이온 결합을 유도하여, 실리콘 입자 또는 실리콘 코어/탄소 쉘의 복합 입자을 포함하는 응집체인 이차 전지용 음극 조성물을 합성하였다.To 100 ml of polar solvent in which about 0.5 g of polymer chains containing an anionic group are dissolved, about 10 g of nano silicon or nano silicon-carbon composite is added and dispersed for 24 hours using a ball-mill. Subsequently, Ca (OH) 2 or polyaluminum chloride, which is a metal salt, is added to the mixed solution to induce an ionic bond between the binder having the anionic group and the metal cation Ca 2+ or Al 3+ to form a silicon particle or a silicon core / carbon. The negative electrode composition for secondary batteries which is an aggregate containing the composite particle of a shell was synthesize | combined.
표 1
실시예 활물질 입자 바인더 복합체 전구체 극성 용매/부피
고분자 사슬들/평균분자량 금속 염/평균 중량
실시예 1 실리콘 코어 입자 PAA(poly acrylamide)/Mw 450,000 g/mol Ca(OH)2 / 0.25 g 메탄올/100 ml
실시예 2 실리콘 코어/탄소 쉘 복합 입자 PAA(poly acrylamide)/450,000 g/mol 폴리염화알루미늄/0.1 mg 메탄올/100 ml
실시예 3 실리콘 코어/탄소 쉘 복합 입자 PVP(polyvinyl pyrolidone)/1,250,000 g/mol Ca(OH)2 /0.4 g 증류수/100 ml
비교예 실리콘 입자 PAA450,000 g/mol - 메탄올/100 ml
Table 1
Example Active material particles Binder composite precursor Polar solvent / volume
Polymer chains / average molecular weight Metal salt / average weight
Example 1 Silicon core particles PAA (poly acrylamide) / Mw 450,000 g / mol Ca (OH) 2 / 0.25 g Methanol / 100 ml
Example 2 Silicon Core / Carbon Shell Composite Particles PAA (poly acrylamide) / 450,000 g / mol Poly Aluminum Chloride / 0.1 mg Methanol / 100 ml
Example 3 Silicon Core / Carbon Shell Composite Particles Polyvinyl pyrolidone (PVP) / 1,250,000 g / mol Ca (OH) 2 /0.4 g Distilled water / 100 ml
Comparative example Silicon particles PAA450,000 g / mol - Methanol / 100 ml
실시예 1 내지 3은 예시적이며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 극성 용매에 먼저 활물질 입자들을 분산시키고, 이후에 고분자 사슬들의 전구체를 첨가할 수도 있다. Examples 1 to 3 are exemplary and the present invention is not limited thereto. In addition, the active material particles may first be dispersed in a polar solvent, and then precursors of the polymer chains may be added.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명의 상기 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 활물질 입자들을 도시하는 투과 전자 현미경 이미지이다. 이들 도면들을 참조하면, 활물질 입자들은 실리콘 코어(20_1) 또는 실리콘 코어(20_1) 상에 코팅된 도전층인 탄소층(20_2)을 포함하는 일차 입자들이며, 상기 활물질 입자들 상에 바인더 복합체를 포함하는 코팅층(10)이 균일한 두께로 형성된 것을 확인할 수 있다. 4A to 4C are transmission electron microscope images showing active material particles prepared according to Examples 1 to 3, respectively, of the present invention. Referring to these drawings, active material particles are primary particles including a silicon core 20_1 or a carbon layer 20_2, which is a conductive layer coated on the silicon core 20_1, and includes a binder composite on the active material particles. It can be seen that the coating layer 10 is formed to have a uniform thickness.
표 2는 본 발명의 상기 실시예 1 내지 3에 따라 각각 제조된 이차 전지용 음극 조성물을 구성하는 바인더 복합체의 인장 강도(tensile strength)를 측정한 결과이다. 비교예에 따른 PAA만의 인장 강도는 90 MPa로서, 실시예 1 내지 3의 바인더 복합체의 인장 강도는 비교예에 비하여 55 내지 65% 로 현저히 향상된다.Table 2 is a result of measuring the tensile strength (tensile strength) of the binder composite constituting the negative electrode composition for secondary batteries prepared according to Examples 1 to 3 of the present invention. The tensile strength of PAA alone according to the comparative example is 90 MPa, and the tensile strength of the binder composites of Examples 1 to 3 is significantly improved to 55 to 65% compared to the comparative example.
표 2
실시예 바인더 복합체 인장 강도
실시예 1 PAA / Ca 약 150 MPa
실시예 2 PAA / Al 약 150 MPa
실시예 3 PVP / Ca 약 140 MPa
비교예 PAA 약 90 MPa
TABLE 2
Example Binder composite The tensile strength
Example 1 PAA / Ca About 150 MPa
Example 2 PAA / Al About 150 MPa
Example 3 PVP / Ca About 140 MPa
Comparative example PAA About 90 MPa
도 5a 및 도 5b는 각각 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에 의한 전극 조성물을 이용하여 제조된 반쪽 전지들의 충·방전 싸이클 수에 대한 용량과 용량 유지율을 도시하는 그래프들이다. 이들 그래프에서, 곡선 EX_1, EX_2 및 EX_3는 각각 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 반쪽 전지들의 측정 결과이며, RE는 비교예에 따른 반쪽 전지에 관한 측정 결과이다. 충·방전 율속은 0.5 C이다.5A and 5B are graphs showing capacity and capacity retention with respect to the number of charge / discharge cycles of half batteries manufactured using the electrode compositions according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples, respectively. In these graphs, curves EX_1, EX_2 and EX_3 are the measurement results of the half cells according to Examples 1 to 3, respectively, and RE is the measurement result of the half cells according to the comparative example. Charge and discharge rate is 0.5 C.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 실시예 1 내지 3과 비교예의 경우 모두 초기 용량은 2,500 mAh/g 보다 큰 용량을 나타낸다. 그러나, 50 회의 싸이클 수에서 실시예들의 경우 90 % 이상으로 용량이 유지되지만, 비교예의 경우 75 %로 용량이 급감하면서 열화가 발생되는 것을 알 수 있다. 표 3은 실험예 1 내지 3에 따른 음극의 평균 전극 팽창률과 비교예에 따른 음극의 평균 전극 팽창률의 두께 변화를 나타낸다. 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 경우, 초기 두께를 기준으로 150 % 미만으로 충전시의 두께 변화가 억제되고, 충·방전시 두께 변화는 충전시를 기준으로 30 % 이하로 억제된다. Referring to FIGS. 5A and 5B, in Examples 1 to 3 and Comparative Examples, the initial capacity is larger than 2,500 mAh / g. However, it can be seen that the capacity is maintained at 90% or more in the case of 50 cycles, but deterioration occurs while the capacity is drastically reduced to 75% in the comparative example. Table 3 shows the thickness change of the average electrode expansion rate of the negative electrode according to Experimental Examples 1 to 3 and the average electrode expansion rate of the negative electrode according to Comparative Example. Referring to Table 3, in Examples 1 to 3, the thickness change during charging is suppressed to less than 150% based on the initial thickness, and the thickness change during charging and discharging is suppressed to 30% or less based on the charging. .
그러나, 비교예에 따른 전극은 초기 두께를 기준으로 220 % 정도로 충전시의 두께 변화가 나타났으며, 충·방전시의 두께 변화는 충전시를 기준으로 52 % 에 이르러 50 % 이상의 두께 변화를 나타내었다. However, the electrode according to the comparative example showed a thickness change of about 220% based on the initial thickness, and the thickness change during charging and discharging reached 52% based on the charging time, indicating a thickness change of 50% or more. It was.
표 3
평균 전극 팽창율 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
A* 133% 142 % 139% 220 %
B** 32% 28 % 29% 52 %
TABLE 3
Average electrode expansion rate Example 1 Example 2 Example 3 Comparative example
A * 133% 142% 139% 220%
B ** 32% 28% 29% 52%
* A = (충전시의 두께 - 초기 두께)/충전시의 두께 × 100 (%)* A = (thickness at charging-initial thickness) / thickness at charging × 100 (%)
** B = (충전시의 두께 - 방전시의 두께)/ 충전시의 두께 × 100 (%) ** B = (thickness at charging-thickness at the time of discharge) / thickness at the charge × 100 (%)
따라서, 실시예 1 내지 3의 수명과 용량 유지율이 비교예에 비하여 향상되는 이온 결합에 의해 강하게 서로 결합되는 고분자 사슬들을 갖는 바인더 복합체에 의해 활물질 입자들을 고정함으로써 활물질 입자들의 충·방전에 수반하는 전극 팽창률이 효과적으로 억제된 것에 기인하는 것으로 여겨지며, 본 발명의 실시예에 따르면 부피 변화율이 큰 비탄소계 음극 재료의 경우에도 안정적인 수명과 신뢰성을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 강한 이온 결합으로 활물질 입자의 크기와 무관하게 활물질 입자들 사이 또는 집전체와 활물질 입자들 사이를 고정하기 때문에, 공유 결합만으로 활물질 입자들을 고정하는 종래의 바인더에 비해 바인더의 사용량을 최소화하여 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. Therefore, the electrodes involved in charging and discharging of the active material particles by fixing the active material particles by a binder composite having polymer chains strongly bonded to each other by ionic bonds in which the lifespan and capacity retention rate of Examples 1 to 3 are improved compared to the comparative example It is considered that the expansion ratio is effectively suppressed, and according to the embodiment of the present invention, it can be seen that even in the case of the non-carbon-based negative electrode material having a large volume change rate, stable life and reliability can be ensured. In addition, since the strong ionic bonds fix the particles between the active material particles or the current collector and the active material particles regardless of the size of the active material particles, the amount of the binder is minimized compared to the conventional binder which fixes the active material particles only by covalent bonding. Can improve the energy density.
전술한 실시예들은 음극 활물질 입자에 관한 것이지만, 양극의 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 전술한 바와 같다. 또한, 전술한 전극 조성물은 활물질 입자들이 일차 입자 또는 이차 입자화한 것이며, 그 자체로 용매에 분산되어 슬러리 형태로 집전체에 도포되거나, 추가적으로 바인더를 더 부가하여 슬러리 형태로 집전체에 도포될 수도 있다.Although the above embodiments relate to the negative electrode active material particles, the same applies to the case of the positive electrode as described above. In addition, the electrode composition described above is a material in which the active material particles are primary particles or secondary particles, and are dispersed in a solvent and applied to the current collector in the form of a slurry, or additionally, a binder may be applied to the current collector in the form of a slurry by further adding a binder. have.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and alterations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention, which are common in the art. It will be apparent to those who have knowledge.
본 발명의 실시예에 따르면, 전지용 바인더 복합체는 종래의 바인더에 비해 바인더의 사용량을 최소화하여 전지의 에너지 밀도를 향상시키고, 활물질 입자들의 표면과 전해액을 격리시켜 활물질 입자들의 미분화를 방지하여 수명과 신뢰성을 향상시킨다. According to an embodiment of the present invention, the battery binder composite minimizes the amount of binder used compared to the conventional binder to improve the energy density of the battery, isolate the surface of the active material particles and the electrolyte solution to prevent the differentiation of the active material particles life and reliability To improve.

Claims (20)

  1. 각각 적어도 하나 이상의 음이온기를 갖는 고분자 사슬들; 및 상기 적어도 하나 이상의 음이온기와 이온 결합되어 상기 고분자 사슬들을 서로 고정하는 2가 이상의 금속 양이온들을 포함하는 바인더 복합체; 및 Polymer chains each having at least one anionic group; And a bivalent or higher metal cation ion-bonded with the at least one anionic group to fix the polymer chains to each other. And
    상기 바인더 복합체에 의해 고정되는 활물질 입자들을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.Electrode composition for a secondary battery comprising active material particles fixed by the binder composite.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고분자 사슬들의 평균 분자량은 40,000 g/mol ~ 3,000,000 g/mol의 범위 내인 이차 전지용 전극 조성물.The average molecular weight of the polymer chain is in the range of 40,000 g / mol to 3,000,000 g / mol electrode composition for secondary batteries.
  3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고분자 사슬들은 폴리사카라이드, 스틸렌 부타디엔, 아크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리비닐피롤리돈, 카르복실레이티드 스틸렌-부타디엔, 알긴산(alginic acid), 나트륨 알긴화물(sodium alginate), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 카르복시메틸 전분(carboxymethyl starch), 카르복시메틸 구아검(carboxymethyl guar gum), 카르보시메틸 잔탄 검(carboxymethyl xanthane gum), 카르복시메틸 타라 검(carboxymethyl tara gum), 로우 메톡실 펙틴(low methoxyl pectin), 카라지난(carrageenan), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 키토산, 글루코오스, 수크로오스, 말토오스, 락토오스, 전분, 글리코겐, 천연고무(isoprene의 중합체) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.The polymer chains are polysaccharide, styrene butadiene, acrylate, ethylene vinyl acetate, polyacrylonitrile, acrylonitrile-butadiene-styrene, poly (vinyl chloride), poly (vinylidene chloride), polyvinylpyrrolidone, Carboxylated styrene-butadiene, alginic acid, sodium alginate, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl starch, carboxymethyl guar gum, carbosi Carboxymethyl xanthane gum, carboxymethyl tara gum, low methoxyl pectin, carrageenan, polyacrylic acid, polypropylene, polypropylene, polystyrene (polystyrene), poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), cellulose, Milos (amylose), chitosan, glucose, sucrose, maltose, lactose, starch, glycogen, natural rubber (a polymer of isoprene) or secondary cell electrode composition containing a mixture thereof.
  4. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고분자 사슬들은 선형 구조를 갖는 이차 전지용 전극 조성물.The polymer chains have a linear structure electrode composition for a secondary battery.
  5. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 고분자 사슬들은 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 천연고무(isoprene의 중합체) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.The polymer chains are polyacrylic acid, polypropylene, polystyrene, polymethacrylate, poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), cellulose, amylose (amylose), natural rubber (polymer of isoprene), or a mixture thereof.
  6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 음이온기는 -CO2 -, -SO2 -, -SO3 -, -OSO3 -, -PO3 2-, -OPO3 2-, -OP(OH)O-, -CS2 - 또는 -OCO2 - 를 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.The anionic group is -CO 2 -, -SO 2 -, -SO 3 -, -OSO 3 -, -PO 3 2-, -OPO 3 2-, -OP (OH) O -, -CS 2 - or -OCO a secondary battery electrode composition containing a-2.
  7. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 금속 양이온들은 알카리 토금속, 전이 금속 또는 이들의 합금의 양이온을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.The metal cations include a cation of an alkaline earth metal, a transition metal or an alloy thereof.
  8. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 알카리 토금속은, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 또는 바륨을 포함하고, The alkaline earth metal includes beryllium, magnesium, calcium, strontium, or barium,
    상기 전이 금속은, 타이타늄, 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 또는 구리; 이트륨, 지르코늄, 나이오븀, 몰리브데늄, 테크네륨, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 또는 카드뮴; 또는, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐, 또는 이리듐을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.The transition metal may be titanium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel or copper; Yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, or cadmium; Or an electrode composition for secondary batteries containing hafnium, tantalum, tungsten, or iridium.
  9. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고분자 사슬들과 상기 금속 양이온들의 비율은 하기의 식을 만족하는 이차 전지용 전극 조성물:The ratio of the polymer chains and the metal cations satisfies the following formula:
    [식][expression]
    0 < 금속 양이온 무게당 양의 하전량 / 고분자 사슬들 무게당 음의 하전량 ≤ 1.0 <positive charge per weight of metal cations / negative charge per weight of polymer chains ≤ 1.
  10. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 활물질 입자들은 전지의 충·방전시 부피 변화율이 100 % 내지 400 %의 범위 내인 활물질로부터 선택되는 이차 전지용 활물질 조성물.The active material particles are the active material composition for a secondary battery is selected from active materials having a volume change rate in the range of 100% to 400% during charging and discharging of a battery.
  11. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 활물질 입자들은 Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb 및 Fe 중 어느 하나; 이의 금속간 화합물; 이의 산화물; 또는 이의 질화물로 형성된 활물질 코어를 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.The active material particles are any one of Sn, Si, Sb, Zn, Ge, Al, Cu, Bi, Cd, Mg, As, Ga, Pb and Fe; Intermetallic compounds thereof; Oxides thereof; Or an electrode composition for a secondary battery comprising an active material core formed of a nitride thereof.
  12. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 활물질 입자들은 활물질 코어 및 상기 활물질 코어 상에 코팅되는 도전층을 더 포함하는 이차 전지용 전극 조성물.The active material particles further comprises an active material core and a conductive layer coated on the active material core electrode composition for a secondary battery.
  13. 극성 용매 내에 이차 전지용 활물질 입자들을 제공하는 단계;Providing active material particles for a secondary battery in a polar solvent;
    상기 극성 용매 내에 음이온기를 갖는 고분자 사슬들을 제공하는 단계;Providing polymer chains having anionic groups in the polar solvent;
    상기 극성 용매 내에 2가 이상의 금속 양이온들을 제공하는 단계; Providing divalent or more metal cations in the polar solvent;
    상기 고분자 사슬들의 음이온기와 상기 금속 양이온들의 이온 결합을 유도하여 상기 활물질 입자들 상에 상기 고분자 사슬들과 상기 금속 양이온들을 포함하는 바인더 복합체를 형성하는 단계; 및Inducing an ionic bond between the anionic groups of the polymer chains and the metal cations to form a binder composite including the polymer chains and the metal cations on the active material particles; And
    상기 활물질 입자들을 수득하는 단계를 포함하는 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.Method of producing an electrode composition for a secondary battery comprising the step of obtaining the active material particles.
  14. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 고분자 사슬들의 평균 분자량은 40,000 g/mol ~ 3,000,000 g/mol의 범위 내인 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.The average molecular weight of the polymer chain is a method for producing an electrode composition for secondary batteries in the range of 40,000 g / mol to 3,000,000 g / mol.
  15. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 고분자 사슬들은 폴리사카라이드, 스틸렌 부타디엔, 아크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리비닐피롤리돈, 카르복실레이티드 스틸렌-부타디엔, 알긴산(alginic acid), 나트륨 알긴화물(sodium alginate), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 카르복시메틸 전분(carboxymethyl starch), 카르복시메틸 구아검(carboxymethyl guar gum), 카르보시메틸 잔탄 검(carboxymethyl xanthane gum), 카르복시메틸 타라 검(carboxymethyl tara gum), 로우 메톡실 펙틴(low methoxyl pectin), 카라지난(carrageenan), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 키토산, 글루코오스, 수크로오스, 말토오스, 락토오스, 전분, 글리코겐, 천연고무(isoprene의 중합체) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.The polymer chains are polysaccharide, styrene butadiene, acrylate, ethylene vinyl acetate, polyacrylonitrile, acrylonitrile-butadiene-styrene, poly (vinyl chloride), poly (vinylidene chloride), polyvinylpyrrolidone, Carboxylated styrene-butadiene, alginic acid, sodium alginate, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl starch, carboxymethyl guar gum, carbosi Carboxymethyl xanthane gum, carboxymethyl tara gum, low methoxyl pectin, carrageenan, polyacrylic acid, polypropylene, polypropylene, polystyrene (polystyrene), poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), cellulose, Milos (amylose), chitosan, glucose, sucrose, maltose, lactose, starch, glycogen, natural rubber (a polymer of isoprene) or a method of producing a secondary battery electrode composition containing a mixture thereof.
  16. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 고분자 사슬들은 선형 구조를 갖는 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.The polymer chain is a method of manufacturing an electrode composition for a secondary battery having a linear structure.
  17. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 고분자 사슬들은 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리프로릴렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly(methylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리에틸렌(polyethylen), 셀룰로스(cellulose), 아밀로스(amylose), 천연고무(isoprene의 중합체) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.The polymer chains are polyacrylic acid, polypropylene, polystyrene, polymethacrylate, poly (methylmethacrylate), nylon (nylon), polyethylene (polyethylen), cellulose, amylose (Amylose), natural rubber (polymer of isoprene) or a mixture thereof, a method for producing an electrode composition for a secondary battery.
  18. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 음이온기는 -CO2 -, -SO2 -, -SO3 -, -OSO3 -, -PO3 2-, -OPO3 2-, -OP(OH)O-, -CS2 - 또는 -OCO2 - 를 포함하는 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.The anionic group is -CO 2 -, -SO 2 -, -SO 3 -, -OSO 3 -, -PO 3 2-, -OPO 3 2-, -OP (OH) O -, -CS 2 - or -OCO 2 - the method of the secondary battery electrode composition comprising a.
  19. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 금속 양이온들은 알카리 토금속, 전이 금속 또는 이들의 합금의 양이온을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.The metal cations include a cation of an alkaline earth metal, a transition metal or an alloy thereof.
  20. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 극성 용매는 물, 알코올, 아세트산, 아세톤, N, N-디메틸포름아미드, N, N-디메틸아세트아미드, 또는 N-Methylpyrrolidone(NMP), 옥틸에테르, 부틸에테르, 헥실에테르, 벤질에테르, 페닐에테르, 데실에테르, 에틸메틸에테르, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디페닐에테르, 테트라하이드로퓨란, 1,4-다이옥산, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리테트라메틸렌 글리콜(PTMG), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리테트라하이드로퓨란, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴레이트 에스테르, 셀룰로스 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 아릴 헥사노에이트(allyl hexanoate), 벤질 아세테이트(benzyl acetate), 보닐 아세테이트(bornyl acetate), 부틸 아세테이트 또는 락톤을 포함하는 이차 전지용 전극 조성물의 제조 방법.The polar solvent is water, alcohol, acetic acid, acetone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-Methylpyrrolidone (NMP), octyl ether, butyl ether, hexyl ether, benzyl ether, phenyl ether , Decyl ether, ethyl methyl ether, dimethyl ether, diethyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polytetramethylene glycol (PTMG), Polyoxymethylene (POM), polytetrahydrofuran, polyethylene terephthalate, acrylate esters, cellulose acetate, isobutyl acetate, isopropyl acetate, aryl hexanoate, benzyl acetate, carbonyl acetate ( bornyl acetate), a butyl acetate or a method for producing an electrode composition for a secondary battery comprising lactone.
PCT/KR2015/001781 2014-02-24 2015-02-24 Electrode composition for secondary battery and preparation method therefor WO2015126227A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140021314A KR101561678B1 (en) 2014-02-24 2014-02-24 Electrode material for rechargeable battery and method of fabricating the same
KR10-2014-0021314 2014-02-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015126227A1 true WO2015126227A1 (en) 2015-08-27

Family

ID=53878628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/001781 WO2015126227A1 (en) 2014-02-24 2015-02-24 Electrode composition for secondary battery and preparation method therefor

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101561678B1 (en)
WO (1) WO2015126227A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114142040A (en) * 2021-12-06 2022-03-04 嘉兴迅能科技有限公司 Lithium battery negative pole silicon-based material binder
TWI788147B (en) * 2021-12-17 2022-12-21 國立臺灣科技大學 Electrode material and production method and application thereof

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102549395B1 (en) * 2019-12-18 2023-06-30 주식회사 그래피니드테크놀로지 Ionic compound including heteroatom-doped carbon structure, manufacturing method thereof, electrolytic solution composition including the same and electrochemical system including the same
JP2020180376A (en) * 2020-06-29 2020-11-05 古河機械金属株式会社 Metal film, anode for lithium ion battery, lithium ion battery, and manufacturing method of metal film
CN112159638B (en) * 2020-08-28 2022-06-03 江苏卓高新材料科技有限公司 Dendritic aqueous binder, negative electrode plate, battery and method
KR20240037721A (en) * 2022-09-15 2024-03-22 한국생산기술연구원 Binder-active material particle composite, cathode for lithium secondary battery comprising same, and method of preparing same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003331848A (en) * 2002-05-15 2003-11-21 Sanyo Chem Ind Ltd Binder for electrode of electrochemical element and method for manufacturing electrode
JP2009170287A (en) * 2008-01-17 2009-07-30 Mitsubishi Chemicals Corp Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
KR101329550B1 (en) * 2012-01-31 2013-11-15 한밭대학교 산학협력단 A positive electrode for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003331848A (en) * 2002-05-15 2003-11-21 Sanyo Chem Ind Ltd Binder for electrode of electrochemical element and method for manufacturing electrode
JP2009170287A (en) * 2008-01-17 2009-07-30 Mitsubishi Chemicals Corp Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
KR101329550B1 (en) * 2012-01-31 2013-11-15 한밭대학교 산학협력단 A positive electrode for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114142040A (en) * 2021-12-06 2022-03-04 嘉兴迅能科技有限公司 Lithium battery negative pole silicon-based material binder
TWI788147B (en) * 2021-12-17 2022-12-21 國立臺灣科技大學 Electrode material and production method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR101561678B1 (en) 2015-10-20
KR20150100028A (en) 2015-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015126227A1 (en) Electrode composition for secondary battery and preparation method therefor
CN107799699B (en) Clay mineral composite lithium battery diaphragm and preparation method thereof
Liu et al. Three-dimensional graphene-based nanocomposites for high energy density Li-ion batteries
WO2017171409A1 (en) Anode for secondary battery, manufacturing method therefor, and secondary battery comprising same
EP2555306B1 (en) Lithium-ion secondary battery
KR101606647B1 (en) Carbon-silicon composite and manufacturing mehtod of the same
WO2014119960A1 (en) Anode comprising spherical natural graphite and lithium secondary battery including same
Zhang et al. Carbon nanomaterials used as conductive additives in lithium ion batteries
WO2013002504A2 (en) Novel polymer electrolyte and lithium secondary battery including same
KR102314626B1 (en) Electrode for secondary battery, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same
WO2010137753A1 (en) Anode active material for lithium secondary battery, preparation method thereof, and lithium secondary battery containing same
WO2015005648A1 (en) Anode active material for lithium secondary battery, composition for anode including same, and lithium secondary battery
WO2014182036A1 (en) Cathode active material for lithium secondary battery, method for manufacturing same, and lithium secondary battery including same
WO2010079958A2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery
WO2010079949A2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery
TW201841416A (en) Electrode slurry, electrode, manufacturing method thereof, and secondary battery
WO2020091345A1 (en) Anode active material and lithium secondary battery comprising same
WO2015160127A1 (en) Method for preparing silicon nanocomposite dispersion using plasma, and anode active material and lithium secondary battery using same
WO2014129720A1 (en) Secondary battery including silicon-metal alloy based negative active material
WO2015199384A1 (en) Lithium secondary battery
WO2012115340A1 (en) Negative electrode material for a secondary battery and method for manufacturing same
KR20160112748A (en) Method for preparing negative electrode composition of lithium secondary battery, and negative electrode and lithium secondary battery prepared by using the same
JP2017188334A (en) Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2023169597A1 (en) Silicon-based composite material and preparation method therefor, negative electrode material of lithium battery and preparation method therefor, and lithium battery
JP2016081905A (en) Solid electrolyte layer

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15751520

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15751520

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1