KR102645707B1 - Electrode binder composition for rechargeable battery and electrode mixture including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지용 바인더 조성물 및 이를 포함하는 전극 합제에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 결착력, 기계적 물성 등에 있어서 우수한 특성을 가지면서도, 고온에서 전극의 구조적 안정성을 유지할 수 있어, 이차 전지의 내열성을 향상시킬 수 있는, 이차 전지용 바인더 조성물 및 이를 포함하는 전극 합제에 관한 것이다.The present invention relates to a binder composition for secondary batteries and an electrode mixture containing the same. More specifically, it has excellent properties in terms of binding force, mechanical properties, etc., while maintaining the structural stability of the electrode at high temperatures, thereby improving the heat resistance of the secondary battery. It relates to a binder composition for secondary batteries that can be improved and an electrode mixture containing the same.
Description
본 발명은, 이차 전지용 바인더 조성물 및 이를 포함하는 전극 합제에 관한 것이다.The present invention relates to a binder composition for secondary batteries and an electrode mixture containing the same.
화석 연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정 에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기 화학을 이용한 이차 전지 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative or clean energy is increasing, and as part of this, the most actively researched field is the field of secondary batteries using electrochemistry.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차 전지 중, 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 가지고, 사이클 수명이 길며 자기-방전율이 낮은 리튬 이차 전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.Recently, as technology development and demand for portable devices such as portable computers, portable phones, and cameras increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, those with high energy density and operating potential are Much research has been conducted on lithium secondary batteries with long cycle life and low self-discharge rate, and they have also been commercialized and widely used.
또한, 환경 문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기 오염의 주요 원인의 하나인 화석 연료 엔진을 대체할 수 있는 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 리튬 이차 전지는 이러한 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 동력원으로도 사용되고 있다.In addition, as interest in environmental issues grows, much research is being conducted on electric vehicles and hybrid vehicles that can replace fossil fuel engines, which are one of the main causes of air pollution. Lithium secondary batteries are used in these electric vehicles and hybrid vehicles. It is also used as a power source for automobiles.
리튬 이차 전지에서는, 일반적으로 리튬 전이금속 산화물을 양극 활물질로 사용되고, 흑연계 물질을 음극 활물질로 사용된다. 리튬 이차 전지의 전극은 이러한 활물질과 바인더 성분을 혼합하고, 용매에 분산시켜 슬러리를 만든 후, 이것을 집전체 표면에 도포하여 합제층을 형성시키는 방법에 의해 제조된다.In lithium secondary batteries, lithium transition metal oxide is generally used as a positive electrode active material, and a graphite-based material is used as a negative electrode active material. The electrode of a lithium secondary battery is manufactured by mixing the active material and the binder component, dispersing them in a solvent to create a slurry, and then applying this to the surface of the current collector to form a mixture layer.
일반적으로, 리튬 이차 전지는, 양극의 리튬 이온이 음극으로 삽입되고 탈리되는 과정을 반복하면서 충전과 방전이 진행되는데, 이 반복 과정에서 전극 활물질 또는 도전재 사이의 결합이 느슨해지고, 입자 간 접촉 저항이 증가하여, 전극의 자체 저항 역시 커지게 될 수 있다. Generally, lithium secondary batteries are charged and discharged by repeating the process of insertion and desorption of lithium ions from the positive electrode into the negative electrode. During this repeated process, the bond between the electrode active material or conductive material is loosened, and the contact resistance between particles is reduced. As this increases, the self-resistance of the electrode may also increase.
따라서, 전극에 사용되는 바인더는, 전극 활물질과 집전체 사이의 결착력을 우수하게 유지할 수 있으면서도, 전극에서 리튬 이온의 삽입, 탈리에 따른 전극 활물질의 팽창, 수축에 대한 완충 작용을 할 수 있어야 한다. Therefore, the binder used in the electrode must be able to maintain excellent binding force between the electrode active material and the current collector, while also buffering against expansion and contraction of the electrode active material due to insertion and detachment of lithium ions from the electrode.
특히, 최근에는, 전극의 방전 용량을 높이기 위해, 이론적 방전 용량이 372 mAh/g인 천연 흑연에 방전 용량이 큰 실리콘, 주석, 실리콘-주석 합금 등과 같은 재료를 복합하여 사용하는 경우가 많은데, 이에 따라, 충전 및 방전이 반복됨에 따라, 재료의 부피 팽창률이 현저히 증가하게 되고, 이로 인해 음극재의 이탈이 발생하여, 결과적으로, 전지의 용량이 급격히 저하되고, 수명이 짧아지는 문제가 발생하고 있다. In particular, recently, in order to increase the discharge capacity of the electrode, natural graphite, which has a theoretical discharge capacity of 372 mAh/g, is often used in combination with materials such as silicon, tin, and silicon-tin alloy, which have a large discharge capacity. Accordingly, as charging and discharging are repeated, the volume expansion rate of the material significantly increases, which causes separation of the negative electrode material, resulting in a rapid decrease in battery capacity and a shortened lifespan.
또한, 리튬 이온 전지는 전지 내부 전해질의 분해 시 발생하는 가스에 의해 부풀어 오르는, 스웰링 현상이 발생할 수 있는데, 전자 제품의 사용에 따라, 전지의 온도가 상승하면, 전해질의 분해가 촉진되어, 스웰링 현상이 가속화되고, 전지의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. In addition, lithium-ion batteries may swell due to gas generated when the electrolyte inside the battery decomposes, causing swelling. When the temperature of the battery rises with the use of electronic products, decomposition of the electrolyte is accelerated and swelling occurs. The ringing phenomenon may accelerate and the stability of the battery may deteriorate.
따라서, 전극 활물질 간 또는 전극 활물질과 집전체 사이의 분리를 방지할 수 있을 정도로, 우수한 결착력을 구현할 수 있으면서도, 고온에서도 전극의 구조적 안정성을 유지할 수 있는, 바인더 및 전극 재료에 대한 연구가 절실히 요구되는 실정이다. Therefore, there is an urgent need for research on binders and electrode materials that can achieve excellent bonding power to the extent of preventing separation between electrode active materials or between electrode active materials and the current collector, while maintaining the structural stability of the electrode even at high temperatures. This is the situation.
본 명세서는, 결착력, 기계적 물성 등에 있어서 우수한 특성을 가지면서도, 반복 충방전 사이클에도 전극의 구조적 안정성을 유지할 수 있는, 이차 전지용 바인더 조성물을 제공하고자 한다. The present specification seeks to provide a binder composition for a secondary battery that has excellent properties in terms of binding force, mechanical properties, etc., while maintaining the structural stability of the electrode even through repeated charge and discharge cycles.
또한, 본 명세서는, 상기 이차 전지용 바인더 조성물을 포함하는, 이차 전지 전극 합제를 제공하고자 한다. In addition, the present specification seeks to provide a secondary battery electrode mixture containing the binder composition for secondary batteries.
또한, 본 명세서는, 상기 이차 전지 전극 합제를 포함하는 이차 전지 전극을 제공하고자 한다. Additionally, the present specification seeks to provide a secondary battery electrode containing the secondary battery electrode mixture.
또한, 본 명세서는, 상기 이차 전지 전극을 포함하는, 이차 전지를 제공하고자 한다. Additionally, the present specification seeks to provide a secondary battery including the secondary battery electrode.
본 발명의 일 측면에 따르면, According to one aspect of the present invention,
공액 디엔계 단량체 유래 반복 단위; 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, (메타)아크릴 아미드계 단량체 유래 반복 단위, 니트릴계 단량체 유래 반복 단위, 및 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 포함하는, 유화 중합체 입자; 및Repeating units derived from conjugated diene monomers; A group consisting of a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, a repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate monomer, a repeating unit derived from a (meth)acryl amide monomer, a repeating unit derived from a nitrile monomer, and a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer. Emulsified polymer particles comprising one or more repeating units selected from; and
안료를 포함하는;containing pigments;
이차 전지 전극용 바인더 조성물이 제공된다.A binder composition for secondary battery electrodes is provided.
상기 안료는, 상기 유화 중합체 입자 내에 분산된 형태, 혹은, 상기 유화 중합체의 표면에 흡착된 형태로 존재할 수 있다. The pigment may exist in a dispersed form within the emulsified polymer particles or in a form adsorbed on the surface of the emulsified polymer.
이 때, 상기 유화 중합체 입자는, A) 공액 디엔계 라텍스 입자; 및 B) 아크릴레이트계 라텍스 입자; 중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. At this time, the emulsified polymer particles are: A) conjugated diene-based latex particles; and B) acrylate-based latex particles; It may include one or more of the following.
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, a1) 공액 디엔계 단량체 유래 제1 반복 단위; a2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, a3) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, 및 a4) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제2 반복 단위; 및 a6) 불포화 카르본산계 단량체 유래 제3 반복 단위를 포함하는, 공액 디엔계 공중합체, 더 구체적으로, 최소 3종의 상이한 반복 단위를 포함하는 3원 공중합체의 라텍스 입자일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the conjugated diene-based latex particles include: a1) a first repeating unit derived from a conjugated diene-based monomer; a2) repeating units derived from aromatic vinyl monomers, a3) repeating units derived from alkyl (meth)acrylate monomers, and a4) repeating units derived from hydroxy alkyl (meth)acrylate monomers. repeat unit; and a6) a conjugated diene-based copolymer comprising a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid-based monomer, and more specifically, a latex particle of a terpolymer comprising at least three different repeating units.
이 때, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, 공액 디엔계 라텍스 입자 총 중량에 대하여, a1) 공액 디엔계 단량체 유래 제1 반복 단위 약 40 내지 약 65 wt%; a2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, a3) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, 및 a4) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제2 반복 단위 약 30 내지 약 50 wt%; 및 a6) 불포화 카르본산계 단량체 유래 제3 반복 단위 약 1 내지 약 15 wt%를 포함할 수 있다. At this time, the conjugated diene-based latex particles, based on the total weight of the conjugated diene-based latex particles, include a1) about 40 to about 65 wt% of the first repeating unit derived from the conjugated diene-based monomer; a2) repeating units derived from aromatic vinyl monomers, a3) repeating units derived from alkyl (meth)acrylate monomers, and a4) repeating units derived from hydroxy alkyl (meth)acrylate monomers. About 30 to about 50 wt% repeat units; and a6) about 1 to about 15 wt% of a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer.
그리고, 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자는, b1) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 제4 반복 단위; 및 b2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, b3) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 b4) 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제5 반복 단위를 포함할 수 있다. And, according to another embodiment of the invention, the acrylate-based latex particles include: b1) a fourth repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate-based monomer; and b2) a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, b3) a hydroxyalkyl (meth)acrylate monomer, and b4) a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer. You can.
이 때, 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자는, 아크릴레이트계 라텍스 입자 총 중량에 대하여, b1) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 제4 반복 단위 약 50 내지 약 80 wt%; 및 b2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, b3) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 b4) 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제5 반복 단위 약 20 내지 약 50 wt%를 포함할 수 있다. At this time, the acrylate-based latex particles, based on the total weight of the acrylate-based latex particles, b1) about 50 to about 80 wt% of the fourth repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate-based monomer; and b2) a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, b3) a hydroxyalkyl (meth)acrylate monomer, and b4) a fifth repeating unit selected from the group consisting of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer. It may contain about 50 wt%.
그리고, 상기 이차 전지 전극용 바인더 조성물은, 고형분 총 중량, 즉, 조성물 중 용매를 제외한 고형분 총 중량에 대하여, 유화 중합체 입자 약 95 내지 약 99.99 wt%; 및 안료 약 0.01 내지 약 5 wt%를 포함할 수 있다. In addition, the binder composition for secondary battery electrodes contains about 95 to about 99.99 wt% of emulsified polymer particles, based on the total weight of solid content, that is, the total weight of solid content excluding the solvent in the composition; and about 0.01 to about 5 wt% of pigment.
상기 안료는, 유기 안료 및 무기 안료 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The pigment may include any one or more of organic pigments and inorganic pigments.
그리고, 상기 이차 전지 전극용 바인더 조성물은, 수성 용매를 더 포함할 수도 있다. In addition, the binder composition for secondary battery electrodes may further include an aqueous solvent.
한편, 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상술한 이차 전지 전극용 바인더 조성물 및 전극 활물질을 포함하는, 이차 전지 전극 합제가 제공된다. Meanwhile, according to another aspect of the invention, a secondary battery electrode mixture containing the above-described binder composition for secondary battery electrodes and an electrode active material is provided.
상기 이차 전지 전극 합제는, 도전재를 더 포함할 수도 있다. The secondary battery electrode mixture may further include a conductive material.
한편, 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상술한 이차 전지 전극 합제를 포함하는, 전극 합제 층; 및 전극 집전체를 포함하는; 이차 전지 전극이 제공된다. Meanwhile, according to another aspect of the invention, an electrode mixture layer comprising the above-described secondary battery electrode mixture; and an electrode current collector; A secondary battery electrode is provided.
그리고, 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상술한 이차 전지 전극을 포함하는, 이차 전지가 제공된다. And, according to another aspect of the invention, a secondary battery including the above-described secondary battery electrode is provided.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. In the present invention, terms such as first and second are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the terminology used herein is only used to describe exemplary embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise,” “comprise,” or “have” are intended to designate the presence of implemented features, numbers, steps, components, or combinations thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, components, or combinations thereof.
또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다. Additionally, in the present invention, when each layer or element is referred to as being formed “on” or “on” the respective layers or elements, it means that each layer or element is formed directly on the respective layers or elements, or other This means that layers or elements can be additionally formed between each layer, on the object, or on the substrate.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and can take various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따르면, According to one aspect of the present invention,
공액 디엔계 단량체 유래 반복 단위; 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, (메타)아크릴 아미드계 단량체 유래 반복 단위, 니트릴계 단량체 유래 반복 단위, 및 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복 단위를 포함하는, 유화 중합체 입자; 및Repeating units derived from conjugated diene monomers; A group consisting of a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, a repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate monomer, a repeating unit derived from a (meth)acryl amide monomer, a repeating unit derived from a nitrile monomer, and a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer. Emulsified polymer particles comprising one or more repeating units selected from; and
안료를 포함하는;containing pigments;
이차 전지 전극용 바인더 조성물이 제공된다.A binder composition for secondary battery electrodes is provided.
본 발명의 발명자들은, 이차 전지 전극용 바인더 조성물에서, 특정 조합의 단량체와 특정 안료를 함께 사용하여 유화 중합체 입자, 즉, 라텍스 입자로 제조하는 경우, 바인더 조성물에 착색성 또는 조색성을 부여할 수 있을 뿐 아니라, 안료로 사용되는 물질의 특성을 이용해 바인더 자체의 유전 특성을 조절하거나, 내열성 및 내후성등을 향상시킬 수 있다는 점을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다. The inventors of the present invention found that, in a binder composition for secondary battery electrodes, when a specific combination of monomers and a specific pigment are used together to produce emulsified polymer particles, that is, latex particles, coloring or color matching can be imparted to the binder composition. In addition, it was discovered that the dielectric properties of the binder itself could be adjusted or heat resistance and weather resistance could be improved by using the properties of the material used as a pigment, and the present invention was completed.
먼저, 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 전극용 바인더 조성물은, 특정 단량체의 유화 중합체 입자, 즉, 라텍스 입자를 포함하며, 각 단량체는, 라텍스 입자 내에 단량체로부터 유래된 반복 단위의 형태로 존재할 수 있다. First, the binder composition for a secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention includes emulsified polymer particles of a specific monomer, that is, latex particles, and each monomer may exist in the form of a repeating unit derived from the monomer in the latex particle. You can.
이 때, 상기 유화 중합체 입자는, 보다 구체적으로, A) 공액 디엔계 라텍스 입자; 및 B) 아크릴레이트계 라텍스 입자; 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. At this time, the emulsified polymer particles are, more specifically, A) conjugated diene-based latex particles; and B) acrylate-based latex particles; It may include one or more of the following.
공액 디엔계 라텍스 입자Conjugated diene-based latex particles
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, a1) 공액 디엔계 단량체 유래 제1 반복 단위; a2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, a3) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, 및 a4) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제2 반복 단위; 및 a6) 불포화 카르본산계 단량체 유래 제3 반복 단위를 포함하는, 공액 디엔계 공중합체, 더 구체적으로는, 최소 3종의 상이한 반복 단위를 포함하는 3원 공중합체의 라텍스 입자일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the conjugated diene-based latex particles include: a1) a first repeating unit derived from a conjugated diene-based monomer; a2) repeating units derived from aromatic vinyl monomers, a3) repeating units derived from alkyl (meth)acrylate monomers, and a4) repeating units derived from hydroxy alkyl (meth)acrylate monomers. repeat unit; and a6) a conjugated diene-based copolymer comprising a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid-based monomer, and more specifically, a latex particle of a terpolymer comprising at least three different repeating units.
먼저, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자를 제조하기 위한 유화 중합에는, 공액 디엔계 단량체가 사용될 수 있으며, 이에 따라, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, 공액 디엔계 단량체로부터 유래되는 반복 단위, 즉, 제1 반복 단위를 포함할 수 있다.First, in emulsion polymerization to produce the conjugated diene-based latex particles, a conjugated diene-based monomer may be used, and accordingly, the conjugated diene-based latex particles include a repeating unit derived from the conjugated diene-based monomer, that is, the first May contain repeat units.
상기 공액 디엔계 단량체의 대표적인 예로는, 1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 및 피퍼릴렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 1,3-부타디엔일 수 있다.Representative examples of the conjugated diene monomer may be one or more selected from the group consisting of 1,3-butadiene, isoprene, chloroprene, and piperylene, and preferably 1,3-butadiene.
이러한 공액 디엔계 단량체가 라텍스 입자의 성분으로 포함되는 경우, 이로부터 제조되는 바인더는, 고온에서 전해액 스웰링 현상이 억제될 수 있고, 고무 성분에 의한 탄력성을 가지게 되어, 전극의 두께를 줄일 수 있고, 가스 발생 현상을 감소시킬 뿐 아니라, 전극 활물질과 집 전체 사이의 결착력이 유지될 수 있도록 접착력 또한 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.When these conjugated diene-based monomers are included as a component of latex particles, the binder produced from them can suppress the electrolyte swelling phenomenon at high temperatures, have elasticity due to the rubber component, and reduce the thickness of the electrode. , it not only reduces the gas generation phenomenon, but also plays a role in improving adhesion so that the cohesion between the electrode active material and the current collector can be maintained.
그리고, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자를 제조하기 위한 유화 중합에는, 상기 공액 디엔계 단량체 이외에, a2) 방향족 비닐계 단량체, a3) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 a4) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체가 사용될 수 있으며, 이에 따라 상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, 상술한 단량체로부터 유래되는 반복 단위, 즉, 제2 반복 단위를 포함할 수 있다.In the emulsion polymerization for producing the conjugated diene-based latex particles, in addition to the conjugated diene-based monomer, a2) aromatic vinyl-based monomer, a3) alkyl (meth)acrylate-based monomer, and a4) hydroxyalkyl (meth) One or more monomers selected from the group consisting of acrylate-based monomers may be used, and accordingly, the conjugated diene-based latex particles may include a repeating unit derived from the above-described monomer, that is, a second repeating unit.
상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, β-메틸스티렌, p-t-부틸스티렌, 클로로스티렌, 비닐벤조산, 비닐벤조산메틸, 비닐나프탈렌, 클로로메틸스티렌, 히드록시메틸스티렌 및 디비닐벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체일 수 있으며, 바람직하게는, 스티렌일 수 있다. The aromatic vinyl monomer consists of styrene, α-methylstyrene, β-methylstyrene, p-t-butylstyrene, chlorostyrene, vinylbenzoic acid, methyl vinylbenzoate, vinylnaphthalene, chloromethylstyrene, hydroxymethylstyrene, and divinylbenzene. It may be one or more monomers selected from the group, and preferably, may be styrene.
그리고, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체는, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-에틸헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, n-아밀메타크릴레이트, 이소아밀메타크릴레이트, n-헥실메타크릴레이트, n-에틸헥실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 세릴아크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 세틸메타 크릴레이트, 및 스테아릴메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In addition, the alkyl (meth)acrylate monomers include methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-amyl acrylate, and isoamyl acrylate. Latex, n-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, n-ethylhexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl acrylate, ceryl acrylate, stearyl acrylate, It may be one or more selected from the group consisting of lauryl methacrylate, cetyl methacrylate, and stearyl methacrylate.
그리고, 상기 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체는, 히드록시메틸 아크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이트, 히드록시프로필 아크릴레이트, 히드록시부틸 아크릴레이트, 히드록시메틸 메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시프로필 메타크릴레이트, 및 히드록시부틸 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. And, the hydroxyalkyl (meth)acrylate monomers include hydroxymethyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxymethyl methacrylate, and hydroxyethyl methacrylate. It may be one or more selected from the group consisting of acrylate, hydroxypropyl methacrylate, and hydroxybutyl methacrylate.
그리고, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자를 제조하기 위한 유화 중합에는, 불포화 카르본산계 단량체가 사용될 수 있으며, 이에 따라 상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, 상술한 단량체로부터 유래되는 반복 단위, 즉, 제3 반복 단위를 포함할 수 있다.In addition, in emulsion polymerization for producing the conjugated diene-based latex particles, an unsaturated carboxylic acid-based monomer may be used, and accordingly, the conjugated diene-based latex particles contain a repeating unit derived from the above-described monomer, that is, the third repeat. May include units.
그리고, 상기 불포화 카르본산계 단량체는, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 테트라하이드로프탈산, 크로톤산, 이소크로톤산, 및 나딕산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. In addition, the unsaturated carboxylic acid monomer may be one or more selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, itaconic acid, tetrahydrophthalic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, and nadic acid. there is.
또한, 상술한 단량체들을 유화 중합하여 제조된 공액 디엔계 라텍스 입자는 전해액 스웰링도가 낮고, 집전체와의 높은 결합력으로, 전극의 수명 특성을 향상시킬 수 있으며, 이러한 라텍스 입자가 포함된 바인더 조성물은, 리튬 이차 전지의 제반 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the conjugated diene-based latex particles prepared by emulsion polymerization of the above-mentioned monomers have a low degree of electrolyte swelling and a high bonding force with the current collector, which can improve the lifespan characteristics of the electrode, and a binder composition containing such latex particles It can improve the overall performance of lithium secondary batteries.
이 때, 상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, 공액 디엔계 라텍스 입자 총 중량에 대하여, a1) 공액 디엔계 단량체 유래 제1 반복 단위 약 40 내지 약 65 wt%; a2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, a3) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, 및 a4) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제2 반복 단위 약 30 내지 약 50 wt%; 및 a6) 불포화 카르본산계 단량체 유래 제3 반복 단위 약 1 내지 약 15 wt%를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 공액 디엔계 라텍스 입자 총 중량에 대하여, a1) 공액 디엔계 단량체 유래 제1 반복 단위 약 45 내지 약 60 wt%; a2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, a3) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, 및 a4) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제2 반복 단위 약 40 내지 약 50 wt%; 및 a6) 불포화 카르본산계 단량체 유래 제3 반복 단위 약 4 내지 약 10 wt%를 포함할 수 있다. At this time, the conjugated diene-based latex particles, based on the total weight of the conjugated diene-based latex particles, include a1) about 40 to about 65 wt% of the first repeating unit derived from the conjugated diene-based monomer; a2) repeating units derived from aromatic vinyl monomers, a3) repeating units derived from alkyl (meth)acrylate monomers, and a4) repeating units derived from hydroxy alkyl (meth)acrylate monomers. About 30 to about 50 wt% repeat units; and a6) may include about 1 to about 15 wt% of a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid-based monomer, preferably, based on the total weight of the conjugated diene-based latex particles, a1) a first repeating unit derived from a conjugated diene-based monomer. Units from about 45 to about 60 wt%; a2) repeating units derived from aromatic vinyl monomers, a3) repeating units derived from alkyl (meth)acrylate monomers, and a4) repeating units derived from hydroxy alkyl (meth)acrylate monomers. About 40 to about 50 wt% repeat units; and a6) about 4 to about 10 wt% of a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer.
상술한 상대적 함량 범위를 벗어나는 경우, 바인더의 유리 전이 온도가 낮아져서, 접착 강도가 저하되는 문제점이 발생하거나, 반대로, 바인더의 유리 전이 온도가 높아지고, 경직도(Rigidity)가 높아져서, 유연성 및 접착력이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. If the relative content range is outside the above-mentioned range, the glass transition temperature of the binder may be lowered, causing a problem of lowered adhesive strength, or conversely, the glass transition temperature of the binder may be increased and rigidity may be increased, resulting in decreased flexibility and adhesive strength. Problems may arise.
아크릴레이트계 라텍스 입자Acrylate-based latex particles
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자는, b1) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 제4 반복 단위; 및 b2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, b3) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 b4) 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제5 반복 단위를 포함하는, 아크릴레이트계 공중합체, 더 구체적으로, 최소 2종 이상의 상이한 반복 단위를 포함하는 2원 공중합체의 라텍스 입자일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the acrylate-based latex particles include: b1) a fourth repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate-based monomer; and b2) a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, b3) a hydroxyalkyl (meth)acrylate monomer, and b4) a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer, comprising at least one fifth repeating unit selected from the group consisting of , it may be an acrylate-based copolymer, more specifically, a latex particle of a binary copolymer containing at least two different repeating units.
먼저, 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자를 제조하기 위한 유화 중합에는, 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체가 사용될 수 있으며, 이에 따라, 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자는, 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체로부터 유래되는 반복 단위, 즉, 제4 반복 단위를 포함할 수 있다.First, in emulsion polymerization to produce the acrylate-based latex particles, an alkyl (meth)acrylate-based monomer may be used, and accordingly, the acrylate-based latex particles are derived from an alkyl (meth)acrylate-based monomer. It may include a repeating unit, that is, a fourth repeating unit.
그리고, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체는, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-에틸헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, n-아밀메타크릴레이트, 이소아밀메타크릴레이트, n-헥실메타크릴레이트, n-에틸헥실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 세릴아크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 세틸메타 크릴레이트, 및 스테아릴메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In addition, the alkyl (meth)acrylate monomers include methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-amyl acrylate, and isoamyl acrylate. Latex, n-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, n-ethylhexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl acrylate, ceryl acrylate, stearyl acrylate, It may be one or more selected from the group consisting of lauryl methacrylate, cetyl methacrylate, and stearyl methacrylate.
그리고, 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자를 제조하기 위한 유화 중합에는, 상기 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 이외에, b2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, b3) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 b4) 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체가 더 사용될 수 있으며, 이에 따라 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자는, 상술한 단량체로부터 유래되는 반복 단위, 즉, 제5 반복 단위를 포함할 수 있다.In the emulsion polymerization for producing the acrylate-based latex particles, in addition to the alkyl (meth)acrylate-based monomer, b2) a repeating unit derived from an aromatic vinyl-based monomer, b3) a hydroxyalkyl (meth)acrylate-based monomer, and b4) one or more monomers selected from the group consisting of repeating units derived from unsaturated carboxylic acid-based monomers may be further used, and thus the acrylate-based latex particles include repeating units derived from the above-mentioned monomers, that is, the fifth repeating May include units.
상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, β-메틸스티렌, p-t-부틸스티렌, 클로로스티렌, 비닐벤조산, 비닐벤조산메틸, 비닐나프탈렌, 클로로메틸스티렌, 히드록시메틸스티렌 및 디비닐벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체일 수 있으며, 바람직하게는, 스티렌일 수 있다. The aromatic vinyl monomer consists of styrene, α-methylstyrene, β-methylstyrene, p-t-butylstyrene, chlorostyrene, vinylbenzoic acid, methyl vinylbenzoate, vinylnaphthalene, chloromethylstyrene, hydroxymethylstyrene, and divinylbenzene. It may be one or more monomers selected from the group, and preferably, may be styrene.
그리고, 상기 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체는, 히드록시메틸 아크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이트, 히드록시프로필 아크릴레이트, 히드록시부틸 아크릴레이트, 히드록시메틸 메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시프로필 메타크릴레이트, 및 히드록시부틸 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. And, the hydroxyalkyl (meth)acrylate monomers include hydroxymethyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxymethyl methacrylate, and hydroxyethyl methacrylate. It may be one or more selected from the group consisting of acrylate, hydroxypropyl methacrylate, and hydroxybutyl methacrylate.
그리고, 상기 불포화 카르본산계 단량체는, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 테트라하이드로프탈산, 크로톤산, 이소크로톤산, 및 나딕산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 이들의 금속 염을 사용할 수도 있다. In addition, the unsaturated carboxylic acid monomer may be one or more selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, itaconic acid, tetrahydrophthalic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, and nadic acid. and metal salts thereof can also be used.
또한, 상술한 단량체들을 유화 중합하여 제조된 아크릴레이트계 라텍스 입자는 전해액 스웰링도가 낮고, 집전체와의 높은 결합력으로, 전극의 수명 특성을 향상시킬 수 있으며, 이러한 라텍스 입자가 포함된 바인더 조성물은, 리튬 이차 전지의 제반 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, acrylate-based latex particles prepared by emulsion polymerization of the above-mentioned monomers have a low degree of electrolyte swelling and a high bonding force with the current collector, which can improve the lifespan characteristics of the electrode, and a binder composition containing such latex particles It can improve the overall performance of lithium secondary batteries.
이 때, 상기 아크릴레이트계 라텍스 입자는, 아크릴레이트계 라텍스 입자 총 중량에 대하여, b1) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 제4 반복 단위 약 50 내지 약 80 wt%; 및 b2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, b3) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 b4) 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제5 반복 단위 약 20 내지 약 50 wt%를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 아크릴레이트계 라텍스 입자 총 중량에 대하여, b1) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 제4 반복 단위 약 65 내지 약 75 wt%; 및 b2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, b3) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 b4) 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제5 반복 단위 약 25 내지 약 35 wt%를 포함할 수 있다. At this time, the acrylate-based latex particles, based on the total weight of the acrylate-based latex particles, include: b1) about 50 to about 80 wt% of a fourth repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate-based monomer; and b2) a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, b3) a hydroxyalkyl (meth)acrylate monomer, and b4) a fifth repeating unit selected from the group consisting of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer. It may contain about 50 wt%, and preferably, based on the total weight of the acrylate-based latex particles, b1) about 65 to about 75 wt% of a fourth repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate-based monomer; and b2) a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, b3) a hydroxyalkyl (meth)acrylate monomer, and b4) a fifth repeating unit selected from the group consisting of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer. It may contain about 35 wt%.
상술한 상대적 함량 범위를 벗어나는 경우, 바인더의 강도가 저하되거나 전해액과의 친화도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있으며, 이에 따라, 접착력 및 고온 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. If the relative content is outside the above-mentioned range, the strength of the binder may be reduced or the affinity with the electrolyte may be reduced, and accordingly, problems such as deterioration of adhesion and high temperature stability may occur.
안료pigment
한편, 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 전극용 바인더 조성물은, 안료를 포함한다. 이 때, 상기 안료는, 유기 안료 및 무기 안료 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. Meanwhile, the binder composition for secondary battery electrodes according to one embodiment of the present invention includes a pigment. At this time, the pigment may include any one or more of organic pigments and inorganic pigments.
이러한 안료는, 일차적으로, 제조되는 라텍스 입자 및 이차 전지 전극용 바인더 조성물에 착색성 또는 조색성을 부여할 수 있다. These pigments can primarily impart coloring or coloring properties to the manufactured latex particles and binder composition for secondary battery electrodes.
기존에 사용되던 일반적인 이차 전지 전극용 바인더 조성물은 보통, 무색 투명하거나, 흰색 유화 중합체 입자, 즉 라텍스 입자가 용매에 분산된, 백색 에멀젼의 형태를 가지고 있다. 그러나, 이러한 바인더 조성물의 경우, 이차 전지 제조나, 이차 전지 성능 평가를 위한 실험에서, 다른 시약이나 첨가제와 구별이 어려워, 제조나 시험 공정을 지연시키는 문제점이 있다. Conventionally used binder compositions for secondary battery electrodes are usually colorless and transparent or have the form of a white emulsion in which white emulsified polymer particles, that is, latex particles, are dispersed in a solvent. However, in the case of such binder compositions, it is difficult to distinguish them from other reagents or additives in secondary battery manufacturing or experiments for secondary battery performance evaluation, causing a problem of delaying the manufacturing or testing process.
본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지 전극용 바인더 조성물은, 유기 안료 및 무기 안료 중 어느 하나 이상의 안료를 포함함으로 해서, 바인더에 착색성 또는 조색성을 부여할 수 있으며, 이에 따라, 쉽게 다른 바인더 조성물, 혹은 시약과 시각적으로 구별할 수 있는 특징이 있다. The binder composition for secondary battery electrodes according to one aspect of the present invention can impart coloring or color matching properties to the binder by including at least one of organic pigments and inorganic pigments, and thus can be easily used in other binder compositions, Or, there are characteristics that can visually distinguish it from a reagent.
이뿐만 아니라, 상기 무기 혹은 유기 안료 등은, 그 개별 물질에 따라, 특유의 화학적 성질을 가지고 있기 때문에, 바인더 자체의 유전 특성을 조절하거나, 이러한 바인더로부터 제조되는 전극의 내열성 및 내후성 등을 향상시킬 수 있다. In addition, since the inorganic or organic pigments have unique chemical properties depending on the individual material, they can adjust the dielectric properties of the binder itself or improve the heat resistance and weather resistance of electrodes manufactured from such binders. You can.
일 예로, 유기 안료의 경우, 화학 구조 변화 또는 관능 변환에 의해, 원하는 특정 파장의 광을 투과 또는 차광하는 등, 수지 조성물의 막의 투과 스펙트럼 또는 흡수 스펙트럼을 조정하여, 조색성을 향상시킬 수 있으며, 그 분자 구조에 따라 바인더 조성물에 고온 안정성 등을 부여할 수 있다. For example, in the case of organic pigments, color matching can be improved by adjusting the transmission spectrum or absorption spectrum of the film of the resin composition, such as transmitting or blocking light of a specific desired wavelength by changing the chemical structure or sensory conversion, Depending on its molecular structure, high temperature stability, etc. can be imparted to the binder composition.
이러한 유기 안료는, 예를 들어, 프탈로시아닌계 안료, 안트라퀴논계 안료, 퀴나크리돈계 안료, 피란트론계 안료, 디옥사진계 안료, 티오인디고계 안료, 디케토피롤로피롤계 안료, 퀴노프탈론계 안료, 트렌계 안료, 인돌린계 안료, 이소인돌린계 안료, 이소인돌리논계 안료, 벤조푸라논계 안료, 페릴렌계 안료, 아닐린계 안료, 아조계 안료, 아조메틴계 안료, 축합 아조계 안료, 카본블랙, 금속 착체계 안료, 레이크 안료, 토너 안료 또는 형광 안료를 들 수 있다. 내열성의 관점에서, 안트라퀴논계 안료, 퀴나크리돈계 안료, 피란트론계 안료, 디케토피롤로피롤계 안료, 벤조푸라논계 안료, 페릴렌계 안료, 축합 아조계 안료 및 카본 블랙 등을 들 수 있다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Such organic pigments include, for example, phthalocyanine-based pigments, anthraquinone-based pigments, quinacridone-based pigments, pyranthrone-based pigments, dioxazine-based pigments, thioindigo-based pigments, diketopyrrolopyrrole-based pigments, quinophthalone-based pigments, Threne-based pigments, indoline-based pigments, isoindoline-based pigments, isoindolinone-based pigments, benzofuranone-based pigments, perylene-based pigments, aniline-based pigments, azo-based pigments, azomethine-based pigments, condensed azo-based pigments, carbon black, Metal complex pigments, lake pigments, toner pigments, or fluorescent pigments can be mentioned. From the viewpoint of heat resistance, examples include anthraquinone-based pigments, quinacridone-based pigments, pyranthrone-based pigments, diketopyrrolopyrrole-based pigments, benzofuranone-based pigments, perylene-based pigments, condensed azo-based pigments, and carbon black. However, the present invention is not necessarily limited thereto.
프탈로시아닌계 안료는, 구체적으로 예를 들어, 구리 프탈로시아닌계 화합물, 할로겐화구리 프탈로시아닌계 화합물 또는 무금속 프탈로시아닌계 화합물을 들 수 있다.Specific examples of the phthalocyanine-based pigment include copper phthalocyanine-based compounds, copper halide phthalocyanine-based compounds, or metal-free phthalocyanine-based compounds.
안트라퀴논계 안료는, 구체적으로 예를 들어, 아미노안트라퀴논계 화합물, 디아미노안트라퀴논계화합물, 안트라피리미딘계 화합물, 플라반트론계 화합물, 안트안트론계 화합물, 인단트론계 화합물, 피란트론계 화합물 또는 비올란트론계 화합물을 들 수 있다.Anthraquinone-based pigments specifically include, for example, aminoanthraquinone-based compounds, diaminoanthraquinone-based compounds, anthrapyrimidine-based compounds, flavanthrone-based compounds, anthanthrone-based compounds, indanthrone-based compounds, and pyrantrone. type compounds or violanthrone type compounds.
아조계 안료는, 구체적으로 예를 들어, 디스아조계 화합물 또는 폴리아조계 화합물을 들 수 있다.Specific examples of the azo pigment include disazo compounds or polyazo compounds.
이와 다른 일 예로, 무기 안료의 경우, 바인더 조성물에 의해 제조되는 전극 등의 내열성 및 내후성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. As another example, inorganic pigments have the advantage of improving heat resistance and weather resistance of electrodes manufactured using a binder composition.
무기 안료는, 구체적으로 예를 들어, 산화 티타늄, 탄산 바륨, 산화 지르코늄, 황화 아연, 연백, 탄산 칼슘, 황산 바륨, 화이트 카본, 알루미나 화이트, 이산화 규소, 카올린 클레이, 탈크, 벤토나이트, 벵갈라, 몰리브덴 레드, 몰리브덴 오렌지, 크롬 버밀리언, 황연, 카드뮴 옐로우, 황색 산화 철, 티타늄 옐로우, 산화 크롬, 비리디언, 티타늄 코발트 그린, 코발트 그린, 코발트 크롬 그린, 빅토리아 그린, 군청, 감청, 코발트 블루, 세룰리안 블루, 코발트 실리카 블루, 코발트 아연 실리카 블루, 망간 바이올렛, 코발트 바이올렛, 그라파이트, 등을 들 수 있다.Inorganic pigments specifically include, for example, titanium oxide, barium carbonate, zirconium oxide, zinc sulfide, lead white, calcium carbonate, barium sulfate, white carbon, alumina white, silicon dioxide, kaolin clay, talc, bentonite, bengala, molybdenum red. , molybdenum orange, chrome vermillion, yellow lead, cadmium yellow, yellow iron oxide, titanium yellow, chromium oxide, viridian, titanium cobalt green, cobalt green, cobalt chrome green, Victoria green, ultramarine blue, royal blue, cobalt blue, cerulean blue. , cobalt silica blue, cobalt zinc silica blue, manganese violet, cobalt violet, graphite, etc.
그리고, 상기 이차 전지 전극용 바인더 조성물은, 고형분 총 중량, 즉, 조성물 중 용매를 제외한 고형분 총 중량에 대하여, 유화 중합체 입자 약 95 내지 약 99.99 wt%; 및 안료 약 0.01 내지 약 5 wt%를 포함할 수 있고, 바람직하게는 유화 중합체 입자 약 98 내지 약 99.9 wt%; 및 안료 약 0.1 내지 약 2 wt%, 또는 유화 중합체 입자 약 99.5 내지 약 99.9 wt%; 및 안료 약 0.1 내지 약 0.5 wt%를 포함할 수 있다. In addition, the binder composition for secondary battery electrodes contains about 95 to about 99.99 wt% of emulsified polymer particles, based on the total weight of solid content, that is, the total weight of solid content excluding the solvent in the composition; and about 0.01 to about 5 wt% of pigment, preferably about 98 to about 99.9 wt% of emulsified polymer particles; and about 0.1 to about 2 wt% pigment, or about 99.5 to about 99.9 wt% emulsified polymer particles; and about 0.1 to about 0.5 wt% of pigment.
상기 범위를 벗어나는 경우, 바인더의 접착력이 저하되거나, 내열성이 저하되어, 고온에서의 안정성이 크게 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. If it is outside the above range, the adhesive strength of the binder may be reduced, heat resistance may be reduced, and stability at high temperatures may be greatly reduced.
유화 중합emulsion polymerization
본 발명의 일 구현예에 따른 바인더 조성물에 포함되는 유화 중합체 입자, 즉 라텍스 입자는, 전술한 바와 같이, 일반적으로 알려진 유화 중합 방법으로 제조될 수 있다. Emulsion polymer particles, that is, latex particles, contained in the binder composition according to one embodiment of the present invention may be manufactured by a generally known emulsion polymerization method, as described above.
이 때, 중합 온도 및 중합 시간은 경우에 따라 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어, 중합 온도는 약 50 ℃ 내지 약 200 ℃ 일 수 있고, 중합 시간은 약 0.5 시간 내지 약 20 시간일 수 있다.At this time, the polymerization temperature and polymerization time can be appropriately determined depending on the case. For example, the polymerization temperature may be from about 50° C. to about 200° C. and the polymerization time may be from about 0.5 hours to about 20 hours.
상기 유화 중합 시 사용 가능한 중합 개시제로는, 무기 또는 유기 과산화물이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 포타슘 퍼설페이트, 소듐 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트 등을 포함하는 수용성 개시제와, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드 등을 포함하는 유용성 개시제를 사용할 수 있다. As a polymerization initiator usable in the emulsion polymerization, inorganic or organic peroxides may be used. For example, water-soluble initiators including potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, etc., cumene hydroperoxide, and benzoyl peroxide. Oil-soluble initiators containing oxides and the like can be used.
또한, 상기 중합 개시제와 함께 과산화물의 반응 개시를 촉진시키기 위해 활성화제를 더 포함할 수 있으며, 이러한 활성화제로는 소듐 포름알데히드 설폭실레이트, 소듐 에틸렌디아민테트라아세테이트, 황산 제1 철, 및 덱스트로오스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.In addition, an activator may be further included to promote the initiation of the reaction of peroxide along with the polymerization initiator, and such activator includes sodium formaldehyde sulfoxylate, sodium ethylenediaminetetraacetate, ferrous sulfate, and dextrose. One or more types selected from the group consisting of may be used.
유화제emulsifier
그리고, 상기 유화 중합에 사용되는 유화제로는, 음이온계 유화제, 양이온계 유화제, 및 비이온계 유화제로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 유화제를 들 수 있다. Additionally, the emulsifier used in the emulsion polymerization may include at least one emulsifier selected from the group consisting of anionic emulsifiers, cationic emulsifiers, and nonionic emulsifiers.
이러한 유화제는, 친수성(hydrophilic) 기와 소수성(hydrophobic) 기를 동시에 가지고 있는 물질로, 유화 중합 과정에서, 미셀(micelle) 구조를 형성하고, 미셀 구조 내부에서 각 단량체의 중합이 일어날 수 있게 한다. These emulsifiers are substances that have both hydrophilic and hydrophobic groups. During the emulsion polymerization process, they form a micelle structure and allow polymerization of each monomer to occur inside the micelle structure.
유화 중합에 일반적으로 사용되는 유화제는, 음이온계 유화제, 양이온계 유화제, 및 비이온계 유화제 등으로 나뉠 수 있는데, 유화 중합에서의 중합 안정성 측면에서 2종 이상을 서로 섞어 사용되기도 한다.Emulsifiers commonly used in emulsion polymerization can be divided into anionic emulsifiers, cationic emulsifiers, and nonionic emulsifiers, and two or more types are sometimes used in combination in terms of polymerization stability in emulsion polymerization.
구체적으로, 상기 음이온계 유화제의 경우, 소듐 도데실 다이페닐 에테르 다이설포네이트, 소듐 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 설페이트, 소듐 라우릴 설페이트, 소듐 도데실 벤젠 설포네이트, 디옥틸 소디움 설포석시네이트 등을 들 수 있다. Specifically, in the case of the anionic emulsifier, sodium dodecyl diphenyl ether disulfonate, sodium polyoxyethylene alkyl ether sulfate, sodium lauryl sulfate, sodium dodecyl benzene sulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate, etc. You can.
그리고, 상기 비이온계 유화제는, 폴리에틸렌옥사이드 알킬 아릴 에테르, 폴리에틸렌옥사이드 알킬 아민, 폴리에틸렌옥사이드 알킬 에스테르 일 수 있는데, 이 들은 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 음이온 유화제와 비이온 유화제를 혼합하여 사용하는 경우 보다 효과적일 수 있지만, 본 발명이 반드시 이러한 유화제의 종류에 제한되는 것은 아니다. In addition, the nonionic emulsifier may be polyethylene oxide alkyl aryl ether, polyethylene oxide alkyl amine, or polyethylene oxide alkyl ester. These can be used alone or in combination of two or more types, and can be used by mixing an anionic emulsifier and a nonionic emulsifier. Although it may be more effective when used, the present invention is not necessarily limited to these types of emulsifiers.
그리고, 상기 유화제는, 예를 들어, 상기 라텍스 입자의 제조에 사용되는 단량체 성분 총 100 중량부에 대해, 약 0.01 내지 약 10 중량부, 약 1 내지 약 10 중량부, 또는 약 3 내지 약 5 중량부로 사용될 수 있다. And, the emulsifier is, for example, about 0.01 to about 10 parts by weight, about 1 to about 10 parts by weight, or about 3 to about 5 parts by weight, based on a total of 100 parts by weight of monomer components used in the production of the latex particles. It can be used as wealth.
유화제가 지나치게 많이 사용되는 경우, 라텍스 입자의 입경이 작아지게 되어, 바인더의 접착력이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 유화제가 지나치게 적게 사용되는 경우, 유화 중합 반응에서 중합의 안정성이 저하되고, 생성되는 라텍스 입자의 안정성 역시 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. If too much emulsifier is used, the particle size of the latex particles becomes smaller, which may cause the problem of lowering the adhesive strength of the binder. If too little emulsifier is used, the stability of polymerization in the emulsion polymerization reaction is reduced, and the resulting The stability of latex particles may also decrease.
용매menstruum
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이차 전지 전극용 바인더 조성물은, 상술한 유화 중합체 입자, 즉 라텍스 입자 외에 수성 용매를 더 포함할 수도 있다. According to one embodiment of the invention, the binder composition for secondary battery electrodes may further include an aqueous solvent in addition to the above-described emulsified polymer particles, that is, latex particles.
이때, 상기 수성 용매는, 라텍스 입자의 안정성 및 점도 조절 측면에서, 상기 라텍스 입자 100 중량부에 대해, 약 50 내지 약 1,000 중량부, 바람직하게는 약 100 내지 약 300 중량부로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 바인더 조성물 총량을 기준으로 하였을 때, 총 고형분 함량(total solid content, TSC)가 약 9 내지 약 67 wt%로 조절되도록 사용될 수 있다. At this time, in terms of stability and viscosity control of the latex particles, the aqueous solvent may be used in an amount of about 50 to about 1,000 parts by weight, preferably about 100 to about 300 parts by weight, based on 100 parts by weight of the latex particles, for example For example, based on the total amount of the binder composition, the total solid content (TSC) may be adjusted to about 9 to about 67 wt%.
용매가 지나치게 적게 사용되는 경우, 라텍스 입자의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 용매가 지나치게 많이 사용되는 경우, 점도가 저하되어, 바인더의 접착력이 약해질 수 있으며, 이에 따라 전지의 제반 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.If too little solvent is used, the stability of the latex particles may deteriorate, and if too much solvent is used, the viscosity may decrease and the adhesive strength of the binder may weaken, thereby reducing the overall performance of the battery. Deterioration problems may occur.
전극 합제 및 전극Electrode mixture and electrode
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상술한 이차 전지 전극용 바인더 조성물 및 전극 활물질을 포함하는, 이차 전지 전극 합제가 제공된다. Meanwhile, according to another aspect of the present invention, a secondary battery electrode mixture comprising the above-described binder composition for secondary battery electrodes and an electrode active material is provided.
그리고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 이러한 이차 전지 전극 합제를 포함하는 전극 합제 층; 및 전극 집전체를 포함하는, 이차 전지 전극이 제공된다. And, according to another aspect of the present invention, an electrode mixture layer containing such a secondary battery electrode mixture; A secondary battery electrode is provided, including an electrode current collector.
전술한 바인더를 제외하고, 본 발명의 전극 합제 및 전극에 사용되는 전극 활물질, 전극 집전체 등은, 각각, 일반적으로 알려진 구성 요소를 포함할 수 있다.Except for the binder described above, the electrode active material, electrode current collector, etc. used in the electrode mixture and electrode of the present invention may each contain generally known components.
예를 들어, 상기 전극 합제는 음극의 제조에 사용될 수 있다. 즉, 상기 전극 합제는 음극 합제일 수 있고, 상기 전극 활물질은 음극 활물질일 수 있다.For example, the electrode mixture can be used to manufacture a cathode. That is, the electrode mixture may be a negative electrode mixture, and the electrode active material may be a negative electrode active material.
여기서, 상기 바인더는, 상기 음극 합제 전체 중량(100 중량%) 중, 1 중량% 내지 10 중량%, 구체적으로 1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 이를 만족할 때, 상기 음극 활물질의 함량을 상대적으로 높일 수 있고, 전극의 방전 용량을 더욱 향상시킬 수 있다.Here, the binder may be included in an amount of 1% to 10% by weight, specifically 1% to 5% by weight, based on the total weight (100% by weight) of the anode mixture. When this is satisfied, the content of the negative electrode active material can be relatively increased and the discharge capacity of the electrode can be further improved.
한편, 상기 바인더는 결착력, 기계적 물성 등에 있어서 우수한 특성을 가지므로, 상기 음극 합제의 음극 활물질로 흑연계 음극 활물질이 사용되는 경우는 물론 그보다 고용량인 음극 활물질이 사용되더라도, 음극 활물질과 음극 활물질 사이, 음극 활물질과 음극 집전체 사이 등의 결착력을 유지할 수 있고, 그 자체의 기계적 물성에 의해 음극 활물질의 팽창을 억제할 수 있다.On the other hand, since the binder has excellent properties in terms of binding force, mechanical properties, etc., even when a graphite-based negative electrode active material is used as the negative electrode active material of the negative electrode mixture, as well as when a higher capacity negative electrode active material is used, between the negative electrode active material and the negative electrode active material, Cohesion between the negative electrode active material and the negative electrode current collector can be maintained, and expansion of the negative electrode active material can be suppressed due to its own mechanical properties.
이처럼 상기 바인더는 흑연계 음극 활물질뿐만 아니라 그보다 고용량인 음극 활물질과 함께 적용되기에 적합한 것이므로, 본 발명의 일 구현예에서는 상기 음극 활물질의 종류를 특별히 제한하지 않는다,As such, the binder is suitable for application not only with graphite-based negative electrode active materials but also with higher capacity negative electrode active materials, so in one embodiment of the present invention, the type of the negative electrode active material is not particularly limited.
구체적으로, 상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도 탄소계 활물질, 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 규소-탄소계 활물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.Specifically, the negative electrode active material includes, for example, carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon fiber, and non-graphitizable carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, and Ti, which can be alloyed with lithium, and compounds containing these elements; Complexes of metals and their compounds with carbon and graphite materials; lithium-containing nitride; titanium oxide; Lithium titanium oxide and the like may be mentioned, but are not limited to these alone. Among them, carbon-based active materials, silicon-based active materials, tin-based active materials, or silicon-carbon-based active materials are more preferable, and they may be used alone or in combination of two or more.
음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made with a thickness of 3 to 500 ㎛. This negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, the surface of copper or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding power of the negative electrode active material can be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
상기 음극은, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 상기 바인더를 포함하는 전극 합제를 도포한 후 건조 및 압연하여 제조되며, 필요에 따라서는, 도전재, 충진재 등을 더 첨가하여 제조될 수 있다. The negative electrode is manufactured by applying an electrode mixture containing a negative electrode active material and the binder onto a negative electrode current collector, followed by drying and rolling. If necessary, it can be manufactured by further adding a conductive material, filler, etc.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
상기 충진재는 음극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물을 사용할 수 있다.The filler is selectively used as a component that suppresses expansion of the cathode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material that does not cause chemical changes in the battery. For example, it may be an olipine polymer such as polyethylene or polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber and carbon fiber can be used.
한편, 상기 전극 합제는 음극용으로 제한되지 않으며, 양극의 제조에 사용될 수도 있다. 즉, 상기 전극 합제는 양극 합제일 수 있고, 상기 전극 활물질은 양극 활물질일 수 있다.Meanwhile, the electrode mixture is not limited to negative electrodes and can also be used to manufacture positive electrodes. That is, the electrode mixture may be a positive electrode mixture, and the electrode active material may be a positive electrode active material.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 내지 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 Li1+aFe1-xMxPO 4-bAb (여기서 M은 Mn, Ni, Co, Cu,Sc, Ti, Cr, V 및 Zn로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이고, A는 S, Se, F, Cl 및 I로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이고, -0.5<a<0.5, 0=x<0.5, 0≤=b≤=0.1 임)로 표현되는 리튬인산철계 ; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 내지 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 내지 0.1 임), Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물 또는 LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식 Li(NipCoqMnr1)O2 (여기서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 로 표현되는 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물, 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4 (여기서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등)로 표현되는 리튬-니켈-망간 코발트계 산화물, 또는 Li(Nip2Coq2Mnr3Ms2)O2 (여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다)로 표현되는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxide with the formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , etc.; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Chemical formula Li 1+a Fe 1-x M x PO 4-b A b (where M is at least one selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Cu, Sc, Ti, Cr, V and Zn, and A At least one selected from the group consisting of S, Se, F, Cl and I, and expressed as -0.5<a<0.5, 0=x<0.5, 0≤=b≤=0.1); Ni site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3; Chemical formula LiMn 2 - x M a lithium manganese composite oxide expressed as Ni, Cu or Zn) or a lithium manganese composite oxide with a spinel structure expressed as LiNi x Mn 2-x O 4 ; Lithium-nickel-manganese-cobalt expressed by the chemical formula Li(Ni p Co q Mn r1 )O2 (where 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) Lithium-based oxide, or expressed as Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O4 (where 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.) Nickel-manganese cobalt-based oxide, or Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 M s2 )O2 (wherein M is selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo, p2, q2, r3, and s2 are the atomic fractions of independent elements, respectively: 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1) Examples include, but are not limited to, lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxide expressed as .
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 ㎛. This positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or aluminum or stainless steel. A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may be used. The current collector can increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and can be in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
상기 음극 및 상기 양극 중, 전술한 바인더가 사용되지 않은 전극에는, 일반적으로 알려진 바인더가 사용될 수 있다. 그 대표적인 예로, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Among the cathode and the anode, a generally known binder may be used for the electrode in which the above-described binder is not used. Representative examples include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, Polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. can be used, but are not limited to these.
상기 음극과 상기 양극은 각각 활물질 및 바인더, 경우에 따라서는 도전재, 충진재 등을 용매 중에서 혼합하여 슬러리 상의 전극 합제로 제조하고, 이 전극 합제를 각각의 전극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. The negative electrode and the positive electrode can be manufactured by mixing an active material and a binder, and in some cases, a conductive material, a filler, etc. in a solvent to form a slurry-like electrode mixture, and applying this electrode mixture to each electrode current collector. Since this electrode manufacturing method is widely known in the field, detailed description will be omitted in this specification.
전지battery
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 이차 전지 전극을 포함하는, 이차 전지가 제공된다. 이러한 전지는, 구체적으로, 양극; 전해질; 및 음극을 포함하는 형태일 수 있다. Meanwhile, according to another aspect of the present invention, a secondary battery including the secondary battery electrode is provided. These batteries include, specifically, an anode; electrolyte; and a cathode.
상기 이차 전지는, 리튬 이차 전지로 구현될 수 있다.The secondary battery may be implemented as a lithium secondary battery.
상기 리튬 이차 전지는, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극 조립체에 비수계 전해질을 함침시켜 제조할 수 있다.The lithium secondary battery can be manufactured by impregnating an electrode assembly including a positive electrode, a separator, and a negative electrode with a non-aqueous electrolyte.
상기 양극 및 상기 음극은 전술한 바와 같다. The anode and the cathode are as described above.
상기 분리막의 경우, 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 즉, 전해질의 이온 이동에 대하여 저-저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자 세퍼레이터가 주로 사용되고, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.In the case of the separator, any membrane commonly used in lithium batteries can be used as it separates the cathode and anode and provides a passage for lithium ions to move. That is, one that has low resistance to ion movement in the electrolyte and has excellent electrolyte moisturizing ability can be used. For example, it is selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be in the form of non-woven or woven fabric. For example, in lithium ion batteries, polyolefin-based polymer separators such as polyethylene and polypropylene are mainly used, and coated separators containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and can optionally be single-layer or multi-layer. It can be used as a structure.
경우에 따라서, 상기 분리막 위에는 전지의 안정성을 높이기 위하여 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수 있다. 이러한 겔 폴리머의 대표적인 예로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로나이트릴 등을 들 수 있다.In some cases, a gel polymer electrolyte may be coated on the separator to increase battery stability. Representative examples of such gel polymers include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, and polyacrylonitrile.
다만, 상기 비수 전해질이 아닌 고체 전해질이 사용되는 경우에는, 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.However, when a solid electrolyte other than the non-aqueous electrolyte is used, the solid electrolyte may also serve as a separator.
상기 비수 전해질은, 상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬 염을 포함하는 액체 전해질일 수 있다. 상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous electrolyte may be a liquid electrolyte containing a non-aqueous organic solvent and a lithium salt. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.
상기 비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.Non-aqueous electrolytes, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, etc. are used as the non-aqueous electrolyte.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate. Bonate, gamma-butylo lactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxo Run, 4-methyl-1,3-dioxene, diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxoren, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, di Aprotic organic solvents such as oxoran derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyropionate, and ethyl propionate. can be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.The organic solid electrolyte includes, for example, polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, poly vinylidene fluoride, ion Polymers containing a dissociative group, etc. may be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitride, halide, sulfate, etc. of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 may be used.
상기 리튬 염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is easily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium 4 phenyl borate, etc. can be used.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(fluoro-ethylene carbonate), PRS(propene sultone), FPC(fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.In addition, the electrolyte solution contains, for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, and nitroamine for the purpose of improving charge/discharge characteristics, flame retardancy, etc. Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and trifluoroethylene may be further included to provide incombustibility, and carbon dioxide gas may be further included to improve high-temperature preservation characteristics, and FEC (fluoro-ethylene carbonate), PRS (propene sultone), FPC (fluoro-propylene carbonate), etc. may be further included.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지 셀들을 포함하는 중대형 전지 모듈에 단위 전지로도 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can not only be used in battery cells used as a power source for small devices, but can also be used as a unit battery in medium to large-sized battery modules containing a plurality of battery cells.
본 발명의 명세서는, 이차 전지용 바인더 조성물은, 결착력, 기계적 물성 등에 있어서 우수한 특성을 가지면서도, 고온에서 전극의 구조적 안정성을 유지할 수 있어, 이차 전지의 성능을 향상시킬 수 있다. In the specification of the present invention, a binder composition for a secondary battery has excellent properties in terms of binding force, mechanical properties, etc., while maintaining the structural stability of the electrode at high temperatures, thereby improving the performance of the secondary battery.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리 범위가 정해지는 것은 아니다.Hereinafter, the operation and effects of the invention will be described in more detail through specific examples of the invention. However, these examples are merely presented as examples of the invention and do not determine the scope of the invention rights.
<실시예><Example>
실시예 1: 공액 디엔계 라텍스 입자 제조Example 1: Preparation of conjugated diene-based latex particles
압력 교반기에 증류수 250 g, 1,3-부타디엔 50 g, 스티렌 34 g, 메틸메타크릴레이트 10 g, 아크릴산 4 g, 소듐 아크릴레이트 2 g, 유화제로서 소듐 라우릴 설페이트 0.4 g, 및 중합 개시제로서 포타슘 퍼설페이트 0.5 g을 넣어 유화 중합 반응을 개시하였다. 충분히 교반하면서, 10 시간 동안 약 70 ℃ 조건을 유지하여, 고형분 양이 약 40 wt%인 에멀젼 형태의 바인더를 수득하였다. 안료로, 상기 에멀젼 형태의 바인더 100 중량부 대비 구리 프탈로시아닌 블루 0.1 중량부를 추가하고 1시간 교반하여 최종 바인더를 완성하였다. In a pressure stirrer, 250 g of distilled water, 50 g of 1,3-butadiene, 34 g of styrene, 10 g of methyl methacrylate, 4 g of acrylic acid, 2 g of sodium acrylate, 0.4 g of sodium lauryl sulfate as an emulsifier, and potassium as a polymerization initiator. 0.5 g of persulfate was added to initiate the emulsion polymerization reaction. While sufficiently stirring, the condition was maintained at about 70° C. for 10 hours to obtain an emulsion-type binder with a solid content of about 40 wt%. As a pigment, 0.1 part by weight of copper phthalocyanine blue was added based on 100 parts by weight of the emulsion type binder and stirred for 1 hour to complete the final binder.
비교예 1: 공액 디엔계 라텍스 입자 제조Comparative Example 1: Preparation of conjugated diene-based latex particles
안료를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여, 고형분 양이 약 40 wt%인 에멀젼 형태의 바인더를 수득하였다. Proceed in the same manner as Example 1 above, except that no pigment was used, An emulsion-type binder with a solid content of about 40 wt% was obtained.
실시예 2: 아크릴레이트계 라텍스 입자 제조Example 2: Preparation of acrylate-based latex particles
압력 교반기에 부틸 아크릴레이트 70 g, 스티렌 20 g, 아크릴산 5g, 히드록시 부틸아크릴레이트 5 g, 버퍼로서 NaHCO3 0.4 g, 유화제로서 소디움 라우릴 설페이트 0.4 g를 사용하고, 단량체 성분과 동일한 양의 증류수를 투입한 후, 이들을 혼합하여 75 ℃까지 승온시켰다. 중합 개시제로서 암모늄 퍼설페이트 0.5 g을 넣어 유화 중합 반응을 개시하였다. 충분히 교반하면서, 6 시간 동안 약 75 ℃ 조건을 유지하여, 고형분 양이 약 40 wt%인 에멀젼 형태의 바인더를 수득하였다. 안료로, 상기 에멀젼 형태의 바인더 100 중량부 대비 구리 프탈로시아닌 블루 0.1 중량부를 추가하고 1시간 교반하여 최종 바인더를 완성하였다.In a pressure stirrer, 70 g of butyl acrylate, 20 g of styrene, 5 g of acrylic acid, 5 g of hydroxy butylacrylate, 0.4 g of NaHCO 3 as a buffer, and 0.4 g of sodium lauryl sulfate as an emulsifier were used, and the same amount of distilled water as the monomer component was added. After adding them, they were mixed and the temperature was raised to 75°C. Emulsion polymerization reaction was initiated by adding 0.5 g of ammonium persulfate as a polymerization initiator. While sufficiently stirring, conditions were maintained at about 75° C. for 6 hours to obtain an emulsion-type binder with a solid content of about 40 wt%. As a pigment, 0.1 part by weight of copper phthalocyanine blue was added based on 100 parts by weight of the emulsion type binder and stirred for 1 hour to complete the final binder.
비교예 2: 아크릴레이트계 라텍스 입자 제조Comparative Example 2: Production of acrylate-based latex particles
안료를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일하게 진행하여, 고형분 양이 약 40 wt%인 에멀젼 형태의 바인더를 수득하였다. Except that the pigment was not used, the same procedure as Example 2 was performed to obtain an emulsion-type binder with a solid content of about 40 wt%.
음극 합제 제조Cathode mixture manufacturing
물을 분산매로 하여, 전체 100 중량부 기준으로, 인조 흑연 44.5 중량부, 아세틸렌 블랙 0.5 중량부, 카르복시 메틸 셀룰로오스 0.5 중량부, 물 54.5 중량부로 혼합하여 슬러리 10 kg를 제조하고, 여기에 상기 실시예의 바인더 0.23 g을 혼합하여 음극 합제를 제조하였다. Using water as a dispersion medium, 10 kg of slurry was prepared by mixing 44.5 parts by weight of artificial graphite, 0.5 parts by weight of acetylene black, 0.5 parts by weight of carboxymethyl cellulose, and 54.5 parts by weight of water, based on a total of 100 parts by weight, and adding the slurry of the above example. A negative electrode mixture was prepared by mixing 0.23 g of binder.
음극 제조cathode manufacturing
콤마 코터를 이용하여, 상기 음극 합제를 구리 호일에 약 100 ㎛의 두께로 도포하고, 80 ℃의 드라이 오븐에서 건조한 뒤, 최종 두께가 60 ㎛가 되도록 롤-프레스(roll-press)하여, 음극을 수득하였다.Using a comma coater, the cathode mixture was applied to a copper foil to a thickness of about 100 ㎛, dried in a dry oven at 80 ° C., and then rolled-pressed to a final thickness of 60 ㎛, making the cathode Obtained.
건조 상태 접착력 평가Dry state adhesion evaluation
상기에서 제조한 음극 극판을 일정한 크기로 잘라 슬라이드 글라스에 고정시키고, 집전체를 벗겨내며 180 degree 벗김 강도를 측정하였다. 5회 반복 실시하여, 그 평균 값을 하기 표 1에 정리하였다. The negative electrode plate prepared above was cut to a certain size and fixed on a glass slide, the current collector was peeled off, and the 180 degree peeling strength was measured. This was repeated 5 times, and the average values are summarized in Table 1 below.
열 안정성 평가Thermal stability evaluation
상기 음극으로, 36 Ah 파우치형 셀을 제작하였다. 셀을 온도 제어가 되는 챔버에 넣고, 챔버 내부의 온도를, 분 당 5 ℃의 속도로, 150 ℃까지 승온시켰다. 150 ℃에서 약 30 분 간 온도를 유지하고, 다시 분 당 5 ℃의 속도로, 155 ℃까지 승온시켜, 약 30 분 간 온도를 유지하였다. 동일한 방법으로 온도를 계속 승온시키면서, 불이나 폭발이 발생할 때까지 반복하여, 최종 온도를 기록하였다. With the cathode, a 36 Ah pouch-type cell was manufactured. The cell was placed in a temperature-controlled chamber, and the temperature inside the chamber was raised to 150°C at a rate of 5°C per minute. The temperature was maintained at 150°C for about 30 minutes, then the temperature was raised to 155°C at a rate of 5°C per minute, and the temperature was maintained for about 30 minutes. Continuing to increase the temperature in the same manner was repeated until fire or explosion occurred, and the final temperature was recorded.
용량 유지율 평가Capacity retention rate evaluation
상기 36Ah 파우치형 셀을 25도로 맞춰진 챔버 내 보관하면서, 충방전기에 연결하여 2.5 내지 4.15 V의 전압 범위에서 1C CC/CV 조건으로 충전하고(CV는 5% 전류 종료), 1C CC로 방전하는 과정을 반복하였다. 충전과 방전, 방전과 충전 사이의 휴지 기간은 20분으로 하였다. The 36Ah pouch-type cell is stored in a chamber set at 25 degrees, connected to a charger and discharger, and charged under 1C CC/CV conditions in a voltage range of 2.5 to 4.15 V (CV terminates at 5% current), and discharged at 1C CC. was repeated. The rest period between charging and discharging and discharging and charging was 20 minutes.
충전과 방전을 총 500 회 반복하여 초기 용량 대비 500 번 째 방전 용량의 유지율을 하기 표 1에 정리하였다.Charging and discharging were repeated a total of 500 times, and the maintenance rate of the 500th discharge capacity compared to the initial capacity is summarized in Table 1 below.
(단위: gf/cm)Dry state adhesion
(Unit: gf/cm)
(%)Capacity maintenance rate
(%)
상기 표를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 조성물은, 열 안정성, 건조 상태 접착력 및 용량 유지율 측면에 있어서, 비교예에 비해 모두 우수한 것을 확인할 수 있으며, 특히, 고온 안정성이 비교예에 비해 약 10 도 가량 높은 것을 명확히 확인할 수 있다. Referring to the table above, it can be seen that the binder composition according to an embodiment of the present invention is superior to the comparative example in terms of thermal stability, dry state adhesion, and capacity retention rate. In particular, high temperature stability is superior to the comparative example. You can clearly see that it is about 10 degrees higher than that.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 조성물을 적용하여 전지를 제조하는 경우, 고온에서 전극의 구조적 안정성을 유지할 수 있고, 이차 전지의 내열성을 향상시킬 수 있는 동시에, 고온 조건에서 전지 제반 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.Accordingly, when manufacturing a battery by applying the binder composition according to an embodiment of the present invention, the structural stability of the electrode can be maintained at high temperature, the heat resistance of the secondary battery can be improved, and the overall battery performance under high temperature conditions can be improved. It is thought that it can be improved.
Claims (13)
안료를 포함하고,
상기 유화 중합체 입자는, A) 공액 디엔계 라텍스 입자; 및 B) 아크릴레이트계 라텍스 입자를 포함하고,
상기 공액 디엔계 라텍스 입자는, 공액 디엔계 라텍스 입자 총 중량에 대하여,
a1) 공액 디엔계 단량체 유래 제1 반복 단위 40 내지 65 wt%;
a2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, a3) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위, 및 a4) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제2 반복 단위 30 내지 50 wt%; 및
a6) 불포화 카르본산계 단량체 유래 제3 반복 단위 1 내지 15 wt%를 포함하고,
상기 아크릴레이트계 라텍스 입자는, 아크릴레이트계 라텍스 입자 총 중량에 대하여,
b1) 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체 유래 제4 반복 단위 50 내지 80 wt%; 및
b2) 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위, b3) 히드록시 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체, 및 b4) 불포화 카르본산계 단량체 유래 반복 단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 제5 반복 단위 20 내지 50 wt%를 포함하고,
고형분 총 중량에 대하여, 유화 중합체 입자 95 내지 99.99 wt%; 및 안료 0.01 내지 5 wt%를 포함하며;
상기 안료는 프탈로시아닌계 안료인,
이차 전지 전극용 바인더 조성물.
Repeating units derived from conjugated diene monomers; A group consisting of a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, a repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate monomer, a repeating unit derived from a (meth)acryl amide monomer, a repeating unit derived from a nitrile monomer, and a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer. Emulsified polymer particles comprising one or more repeating units selected from; and
Contains pigments,
The emulsified polymer particles include: A) conjugated diene-based latex particles; and B) acrylate-based latex particles,
The conjugated diene-based latex particles are, relative to the total weight of the conjugated diene-based latex particles,
a1) 40 to 65 wt% of the first repeating unit derived from a conjugated diene monomer;
a2) repeating units derived from aromatic vinyl monomers, a3) repeating units derived from alkyl (meth)acrylate monomers, and a4) repeating units derived from hydroxy alkyl (meth)acrylate monomers. 30 to 50 wt% of repeat units; and
a6) Contains 1 to 15 wt% of a third repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid monomer,
The acrylate-based latex particles are, relative to the total weight of acrylate-based latex particles,
b1) 50 to 80 wt% of a fourth repeating unit derived from an alkyl (meth)acrylate monomer; and
20 to 50 wt of at least one fifth repeating unit selected from the group consisting of b2) repeating units derived from aromatic vinyl monomers, b3) hydroxyalkyl (meth)acrylate monomers, and b4) repeating units derived from unsaturated carboxylic acid monomers Contains %,
95 to 99.99 wt% of emulsified polymer particles, based on the total weight of solids; and 0.01 to 5 wt% of pigment;
The pigment is a phthalocyanine pigment,
Binder composition for secondary battery electrodes.
수성 용매를 더 포함하는, 이차 전지 전극용 바인더 조성물.
According to paragraph 1,
A binder composition for secondary battery electrodes, further comprising an aqueous solvent.
A secondary battery electrode mixture comprising the binder composition for secondary battery electrodes of claim 1 and an electrode active material.
도전재를 더 포함하는, 이차 전지 전극 합제.
According to clause 10,
A secondary battery electrode mixture further containing a conductive material.
전극 집전체를 포함하는; 이차 전지 전극.
An electrode mixture layer comprising the secondary battery electrode mixture of claim 10; and
Containing an electrode current collector; Secondary battery electrode.
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