KR102258831B1 - Negative electrode slurry and negative electrode using the slurry - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음극 슬러리의 분산성을 향상시킴과 동시에 음극의 접착력을 향상시키기 위하여, 음극 활물질, 수계 바인더 및 증점제의 혼합물이 수계 용매에 분산된 음극 슬러리에 있어서, 상기 음극 슬러리는 나트륨 이온을 소정 범위의 농도로 포함하며, 이로부터 제조된 음극은 우수한 전극 접착성 및 저항을 갖게 된다. The present invention provides a negative electrode slurry in which a mixture of a negative electrode active material, an aqueous binder, and a thickener is dispersed in an aqueous solvent in order to improve the dispersibility of the negative electrode slurry and at the same time to improve the adhesion of the negative electrode, wherein the negative electrode slurry contains sodium ions in a predetermined range. It is included in a concentration of, and the negative electrode prepared therefrom has excellent electrode adhesion and resistance.
Description
본 발명은 음극 슬러리 및 그 슬러리를 이용한 음극에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode slurry and a negative electrode using the slurry.
리튬 이차전지는 통상적으로 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질층을 형성시킨 양극, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질층을 형성시킨 음극 및 상기 양극과 음극의 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터를 구비한다. 음극 활물질층을 집전체에 형성하는 방법으로는 음극 활물질 입자와 바인더를 용매에 분산시킨 음극 활물질 슬러리를 집전체에 직접 도포 및 건조시켜 형성하거나, 또는 음극 활물질 슬러리를 별도의 지지체 상부에 도포 및 건조시킨 다음, 이 지지체로부터 박리한 필름을 집전체 상에 라미네이션하는 방법으로 형성한다. 바인더는 음극 활물질 입자들끼리의 결착은 물론, 음극 활물질 입자와 집전체 사이의 결착을 유지시키는 기능을 수행하므로 전극의 성능에 큰 영향을 준다.Lithium secondary batteries generally include a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on at least one surface of a positive electrode current collector, a negative electrode having a negative active material layer formed on at least one surface of the negative electrode current collector, and interposed between the positive electrode and the negative electrode to electrically insulate them. A separator is provided. As a method of forming the negative active material layer on the current collector, a negative active material slurry in which negative active material particles and a binder are dispersed in a solvent is directly applied and dried on the current collector, or a negative active material slurry is applied and dried on a separate support. Then, the film peeled off from this support is formed by a method of laminating on a current collector. Since the binder performs a function of maintaining the binding between the negative active material particles as well as the negative active material particles and the current collector, it has a great influence on the performance of the electrode.
리튬 이차전지의 바인더로 사용되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 고분자는 전기화학적으로 안정하다는 장점을 갖는다. 다만, NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)와 같은 유기용매에 용해시켜 음극 활물질 슬러리로 제조해야 하는 환경적인 문제점이 있다. 이에 따라 최근에는 물과 같은 수계 용매를 분산매로 사용하고 수계 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무(SBR)와 같은 합성고무를 이용하여 음극 활물질층을 형성하는 방법이 이용되고 있다. SBR계 바인더는 PVdF에 비해 소량을 사용하여도 같은 효과를 나타내며, SBR계는 전기 화학적으로 안정하다. 바인더로 SBR계를 사용하는 경우 SBR이 물에 분산될 수 있고, 이로 인해 전극 활물질 슬러리 용매로 물을 사용할 수 있으므로, 환경친화적이다.Polyvinylidene fluoride polymer used as a binder for lithium secondary batteries has the advantage of being electrochemically stable. However, there is an environmental problem that must be prepared as a negative electrode active material slurry by dissolving in an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone). Accordingly, recently, a method of forming an anode active material layer using an aqueous solvent such as water as a dispersion medium and a synthetic rubber such as styrene-butadiene rubber (SBR) as an aqueous binder has been used. Compared to PVdF, the SBR-based binder exhibits the same effect even when a small amount is used, and the SBR-based binder is electrochemically stable. When SBR-based binder is used, SBR can be dispersed in water, and water can be used as a slurry solvent for the electrode active material, so it is environmentally friendly.
한편, 코팅 공정상 점도 조절은 필수적이며, 점도, 고형분 농도, 코팅층 두께, 코팅 속도, 용매 증발 속도 및 용매 증발량은 모두 유기적으로 서로 영향을 준다. 따라서, SBR계 바인더를 사용할 경우 전극 슬러리의 점도 조절을 위해 증점제가 사용되고, 특히 카복시메틸셀룰로오스(CMC)나 카복시메틸셀룰로오스 나트륨염(CMCNa)과 같은 셀룰로오스계 증점제가 검토되고 있다. 이와 같이, 바인더로 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 사용하고 증점제로 셀룰로오스계 고분자를 사용하면, 바인더와 증점제에 포함된 적정량의 나트륨 이온과 그 짝이온이 입자 표면에 쿨롱힘(COULOMB FORCE)을 발생시켜 슬러리의 분산성을 향상시킬 수 있다. Meanwhile, viscosity control is essential in the coating process, and viscosity, solid content concentration, coating layer thickness, coating rate, solvent evaporation rate, and solvent evaporation amount all organically influence each other. Therefore, when the SBR-based binder is used, a thickener is used to control the viscosity of the electrode slurry, and in particular, a cellulose-based thickener such as carboxymethylcellulose (CMC) or carboxymethylcellulose sodium salt (CMCNa) is being studied. As described above, when styrene-butadiene rubber (SBR) is used as a binder and a cellulose polymer is used as a thickener, an appropriate amount of sodium ions and counter ions contained in the binder and thickener generate COULOMB FORCE on the particle surface. So that the dispersibility of the slurry can be improved.
그러나, 본 발명자들은 활물질 슬러리에 포함되어 있는 나트륨염의 총 함량이 증가할수록 전극 접착력, 즉, 활물질간 접착력, 활물질과 전극 집전체간의 접착력이 감소됨을 발견하였다. However, the present inventors have found that as the total content of sodium salt contained in the active material slurry increases, the electrode adhesion, that is, the adhesion between the active materials, and the adhesion between the active material and the electrode current collector decrease.
이와 관련하여, 본 발명자들은 음극 슬러리에 포함되는 나트륨염의 함량은 바인더 및 증점제로부터 대부분 유래하고, 도전재나 활물질로부터 유래될 수 있는 나트륨염 함량은 미미하거나 거의 없음을 발견하였다.In this regard, the present inventors have found that the content of the sodium salt contained in the negative electrode slurry is mostly derived from the binder and the thickener, and that the content of the sodium salt that can be derived from the conductive material or the active material is insignificant or almost none.
또한, 본 발명자들은 나트륨 이온이 증점제의 용해도와 바인더의 상 안정성을 향상시키는 순기능을 갖는 반면, 증점제에 포함된 나트륨염이 활물질 슬러리의 점도를 낮추며, 인조흑연 슬러리의 상 안정성을 저해하는 경향이 있고, 또한, 바인더에 포함된 나트륨염이 이온 강도(ionic strength)를 증가시켜 슬러리 뭉침을 야기시킴을 발견하였다.In addition, the present inventors believe that sodium ions have a pure function of improving the solubility of the thickener and the phase stability of the binder, while the sodium salt contained in the thickener lowers the viscosity of the active material slurry and tends to impair the phase stability of the artificial graphite slurry. Also, it was found that the sodium salt contained in the binder increased the ionic strength, causing the slurry to agglomerate.
이에, 본 발명자들은 음극 슬러리에 포함되는 나트륨염의 전체 함량을 적절하게 제어할 필요가 있고, 이와 동시에 바인더에서 유래하는 나트륨염 및 증점제에서 유래하는 나트륨염 각각의 함량 또한 제어하는 것이 바람직함을 발견하였다.Accordingly, the present inventors have found that it is necessary to appropriately control the total content of sodium salt contained in the negative electrode slurry, and at the same time, it is desirable to control the content of each of the sodium salt derived from the binder and the sodium salt derived from the thickener. .
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 음극 슬러리의 상안정성을 확보함과 동시에, 음극의 접착력을 향상시키면서 적절한 범위의 저항을 갖도록 하는 음극 슬러리 및 이를 포함하는 음극을 제공하는 것이다.Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to provide a negative electrode slurry and a negative electrode including the same, which secures the phase stability of the negative electrode slurry and improves the adhesion of the negative electrode while having an appropriate range of resistance.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 음극 활물질, 수계 바인더 및 증점제의 혼합물이 수계 용매에 분산된 음극 슬러리에 있어서, 상기 음극 슬러리 중 나트륨 이온(Na+) 농도가 하기 수학식 1을 만족하는 음극 슬러리가 제공된다:In order to solve the above problem, according to an aspect of the present invention, in a negative electrode slurry in which a mixture of a negative electrode active material, an aqueous binder, and a thickener is dispersed in an aqueous solvent, the concentration of sodium ions (Na + ) in the negative electrode slurry is the following equation: A negative electrode slurry satisfying 1 is provided:
[수학식 1][Equation 1]
40 ppmS < Na+ 이온 < 3000 ppmS40 ppmS <Na + ions <3000 ppmS
S는 전체 음극 슬러리 중 고형분(solid content)이 차지하는 비(%)를 중량 기준으로 나타낸 것이다.S represents the ratio (%) occupied by solid content in the total negative electrode slurry based on weight.
상기 나트륨 이온 농도는 수계 바인더와 증점제에서 유래된 나트륨 이온 함량의 합량에 의한 것일 수 있다.The sodium ion concentration may be based on the sum of the content of sodium ions derived from the aqueous binder and the thickener.
수계 바인더는 0.02 내지 8 중량%의 나트륨을 포함하는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; SBR)인 음극 슬러리가 제공된다.The aqueous binder is provided with a negative electrode slurry of styrene-butadiene rubber (SBR) containing 0.02 to 8% by weight of sodium.
상기 증점제는 치환도가 0.6 내지 1.4인 나트륨을 포함하는 치환기를 가지는 셀룰로오스계 화합물일 수 있다.The thickener may be a cellulose-based compound having a substituent including sodium having a degree of substitution of 0.6 to 1.4.
상기 셀룰로오스계 화합물은 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오스, 트리틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스, 아미노에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스에테르 및 카복시메틸셀룰로오스와 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 이들 화합물은 전술한 바와 같이 치환도 0.6 내지 1.4를 갖는다. The cellulose-based compounds include methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, benzylcellulose, tritylcellulose, cyanoethylcellulose, carboxymethylcellulose, carboxyethylcellulose, aminoethylcellulose, nitrocellulose, cellulose ether, and carboxymethylcellulose. It may be any one selected from the group consisting of the salts or a mixture of two or more of them, and these compounds have a degree of substitution of 0.6 to 1.4 as described above.
상기 셀룰로오스계 화합물의 중량 평균 분자량은 20,000 내지 4,000,000 일 수 있다.The weight average molecular weight of the cellulose-based compound may be 20,000 to 4,000,000.
상기 음극 슬러리는, 음극 슬러리를 구성하는 고형분 함량 기준으로 상기 음극 활물질 92 내지 99 중량%, 상기 수계 바인더 0.5 내지 4 중량%, 상기 증점제 0.5 내지 2 중량%를 포함하여 이루어진 것일 수 있다.The negative electrode slurry may include 92 to 99% by weight of the negative active material, 0.5 to 4% by weight of the aqueous binder, and 0.5 to 2% by weight of the thickener based on the solid content constituting the negative electrode slurry.
상기 음극 활물질은 탄소계 물질일 수 있다.The negative active material may be a carbon-based material.
상기 음극 슬러리는 도전재를 더 포함할 수 있다.The negative electrode slurry may further include a conductive material.
상기 도전재는 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 탄소나노섬유, 흑연, 활성탄 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상을 포함할 수 있다.The conductive material may include two or more selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanowires, carbon nanofibers, graphite, activated carbon, and graphene.
상기 수계 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The aqueous solvent may be one or more selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, and glycerol.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 음극 활물질, 수계 바인더 및 증점제의 혼합물이 수계 용매에 분산된 음극 슬러리에 있어서, 상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; SBR)이고, 상기 증점제는 카복시메틸셀룰로오스 나트륨염(CMCNa)이며, 상기 음극 슬러리 내의 나트륨 이온 함량(FNa)은 하기 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 음극 슬러리가 제공된다.According to another aspect of the present invention, in the negative electrode slurry in which a mixture of a negative active material, an aqueous binder, and a thickener is dispersed in an aqueous solvent, the aqueous binder is styrene-butadiene rubber (SBR), and the thickener is carboxy. Methylcellulose sodium salt (CMCNa), and the sodium ion content (F Na ) in the negative electrode slurry satisfies the following Equation 2, thereby providing a negative electrode slurry.
[수학식 2][Equation 2]
(FCMCNa * A + FSBR * 0.02)S ≤ FNa ≤ (23 * FCMCNa + FSBR *0.5) S(F CMCNa * A + F SBR * 0.02) S ≤ F Na ≤ (23 * F CMCNa + F SBR *0.5) S
상기에서 S는 전체 음극 슬러리 중 고형분이 차지하는 비(%)를 중량 기준으로 나타낸 것이고, FSBR는 전극내 SBR 무게 함량비(%)를 나타내며, FCMCNa는 전극내 CMCNa 무게 함량비(%)이고, A는 CMCNa내에 포함된 Na+ 이온의 함량으로, A= 23 * Dsub / (80 * Dsub+162)이고, Dsub은 CMCNa의 치환도이다.In the above, S represents the ratio (%) of the total negative electrode slurry on a weight basis, F SBR represents the SBR weight content ratio (%) in the electrode, and FCMCNa is the CMCNa weight content ratio (%) in the electrode, A is the content of Na + ions contained in CMCNa, A= 23 * D sub / (80 * D sub +162), and D sub is the degree of substitution of CMCNa.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극 합제층을 구비하는 음극에 있어서, 상기 음극 합제층은 전술한 음극 슬러리로 제조된 것을 특징으로 하는 음극이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a negative electrode current collector; And a negative electrode mixture layer formed on at least one surface of the negative electrode current collector, wherein the negative electrode mixture layer is made of the aforementioned negative electrode slurry.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 음극 슬러리에 포함되어 있는 나트륨염의 총 함량을 적절하게 제어함으로써 전극 저항을 낮추며, 전극 접착성을 향상시킬 수 있으며, 전극 압연시 발생하는 전극 압연롤 오염을 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by appropriately controlling the total content of sodium salt contained in the negative electrode slurry, electrode resistance may be lowered, electrode adhesion may be improved, and electrode rolling roll contamination generated during electrode rolling may be reduced. I can.
또한, 바인더 유래의 나트륨염을 소정 범위로 제어함으로써 바인더 뭉침 현상이 억제되어 향상된 슬러리 분산성을 가질 수 있고, 증점제 유래의 나트륨염을 소정 범위로 제어함으로써 슬러리 점도 감소를 억제할 수 있다.In addition, by controlling the sodium salt derived from the binder within a predetermined range, agglomeration of the binder can be suppressed to have improved slurry dispersibility, and by controlling the sodium salt derived from the thickener within a predetermined range, a decrease in slurry viscosity can be suppressed.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 실시예 3, 4 및 6~8, 비교예 1, 2에 따라 제조된 음극의 저항을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the contents of the above-described invention, so the present invention is limited to the matters described in such drawings. It is limited and should not be interpreted.
1 is a graph showing the results of measuring the resistance of the negative electrode prepared according to Examples 3, 4 and 6 to 8 and Comparative Examples 1 and 2.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.
본 발명의 일 실시예에 따른, 음극 슬러리는 음극 활물질, 수계 바인더 및 증점제의 혼합물을 포함하는 것으로, 상기 음극 슬러리중 나트륨 이온의 함량은 하기 수학식을 만족한다.According to an embodiment of the present invention, the negative electrode slurry includes a mixture of a negative electrode active material, an aqueous binder, and a thickener, and the content of sodium ions in the negative electrode slurry satisfies the following equation.
[수학식 2][Equation 2]
(FCMCNa * A + FSBR * 0.02)S ≤ FNa ≤ (FCMCNa * A + FSBR *0.5) S(F CMCNa * A + F SBR * 0.02) S ≤ F Na ≤ (F CMCNa * A + F SBR *0.5) S
상기에서 S는 전체 음극 슬러리 중 고형분이 차지하는 비(%)를 중량 기준으로 나타낸 것이고, FSBR는 전극내 SBR 무게 함량비(%)를 나타내며, FCMCNa는 전극내 CMCNa 무게 함량비(%)이고, A는 CMCNa내에 포함된 Na+ 이온의 함량으로, A= 23 * Dsub / (80 * Dsub+162)이고, Dsub은 CMCNa의 치환도이다.In the above, S represents the ratio (%) of the total negative electrode slurry on a weight basis, F SBR represents the SBR weight content ratio (%) in the electrode, and FCMCNa is the CMCNa weight content ratio (%) in the electrode, A is the content of Na + ions contained in CMCNa, A= 23 * D sub / (80 * D sub +162), and D sub is the degree of substitution of CMCNa.
또한, 상기 수계 바인더와 증점제 각각은 나트륨염을 포함한다. 고형분 50%인 음극 슬러리 중 나트륨 이온의 농도가 상기 조건 미만이 되면 CMC 및 SBR의 분산성이 확보되지 않으며, 나트륨 이온의 농도가 상기 조건을 초과하면 접착력 저하가 발생하게 된다.In addition, each of the aqueous binder and the thickener contains a sodium salt. When the concentration of sodium ions in the negative electrode slurry having a solid content of 50% is less than the above conditions, the dispersibility of CMC and SBR is not secured, and when the concentration of sodium ions exceeds the above conditions, a decrease in adhesion occurs.
상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)일 수 있으며, 상기 스티렌-부타디엔 고무는 중합을 위하여 나트륨 이온을 포함하는 surfactant를 사용하거나, 스티렌-부타디엔 고무 화합물을 구성하는 하나 이상의 수소가 나트륨 이온으로 치환될 수 있다. 이러한 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌-부타디엔 고무 중량 기준으로 0.02 내지 8 중량%의 나트륨 이온을 포함할 수 있다. 상기 스티렌-부타디엔 고무의 나트륨 함량이 0.02 중량%보다 낮은 경우, 수계 바인더 입자의 표면의 쿨롱힘이 낮아져서 입자간 분산성이 떨어지게 되며, 수계 고무 입자간 응집은 슬러리 상안정성을 저해할뿐 아니라 바인더 불균일에 의한 전극 물성 저하의 원인이 된다. 상기 스티렌-부타디엔 고무의 나트륨 함량이 8 중량%보다 큰 경우 증점제의 분산성 저하 및 건조시 바인더가 증발하는 물과 함께 이동하는 바인더 마이그레이션 현상으로 인하여 전극의 접착력이 하락하는 문제가 있다. 바람직하게는, 상기 스티렌-부타디엔 고무의 나트륨 함량은 스티렌 부타디엔 고무의 중량 기준으로 0.05 내지 8 중량%일 수 있다.The aqueous binder may be styrene-butadiene rubber (SBR), and the styrene-butadiene rubber uses a surfactant containing sodium ions for polymerization, or at least one hydrogen constituting the styrene-butadiene rubber compound is substituted with sodium ions. Can be. The styrene-butadiene rubber may contain 0.02 to 8% by weight of sodium ions based on the weight of the styrene-butadiene rubber. When the sodium content of the styrene-butadiene rubber is less than 0.02% by weight, the coulomb force of the surface of the aqueous binder particles decreases, resulting in poor dispersibility between the particles, and aggregation between the aqueous rubber particles impairs the slurry phase stability as well as the binder unevenness. This may cause a decrease in electrode properties. When the sodium content of the styrene-butadiene rubber is greater than 8% by weight, there is a problem in that the adhesive strength of the electrode decreases due to a decrease in the dispersibility of the thickener and a binder migration phenomenon in which the binder moves together with evaporating water during drying. Preferably, the sodium content of the styrene-butadiene rubber may be 0.05 to 8% by weight based on the weight of the styrene butadiene rubber.
스티렌-부타디엔 고무 중 나트륨 함량을 전술한 범위로 조정하기 위해, 스티렌-부타디엔 고무를 구성하는 단량체 중, 아크릴산(Acrylic acid)의 염(salt)형태인 소듐 아크릴레이트(sodium acrylate)의 함량을 줄이거나, 메틸 아크릴레이트(methyl acrylate), 에틸 아크릴레이트(ethyl acrylate), 소듐 아크릴레이트를 메틸메타크릴레이트(MMA)와 같은 단량체로 대체하여 합성하는 방법을 사용하거나, 일부 스티렌-부타디엔 고무를 스티렌-부타디엔으로만 구성되도록 합성하는 방법으로 조절할 수 있다.In order to adjust the sodium content in the styrene-butadiene rubber to the above range, among the monomers constituting the styrene-butadiene rubber, the content of sodium acrylate, which is in the form of a salt of acrylic acid, is reduced or , Methyl acrylate (methyl acrylate), ethyl acrylate (ethyl acrylate), sodium acrylate is synthesized by replacing it with a monomer such as methyl methacrylate (MMA), or some styrene-butadiene rubber is substituted with styrene-butadiene. It can be controlled by synthesizing so that it is composed only of
또한, 스티렌-부타디엔 고무의 수계 중합을 위하여 계면활성제(Surfactant)가 사용될 수 있다. 예컨대, 음이온 계면활성제는 나트륨 및 하이드로 카본을 포함하는 카르복시산염, 아미노산염, 황산염, 설폰산염, 알파 설폰화지방산염, 인산에스테르 염 등이 있다. In addition, a surfactant may be used for aqueous polymerization of styrene-butadiene rubber. For example, anionic surfactants include carboxylate, amino acid salts, sulfates, sulfonates, alpha sulfonated fatty acid salts, and phosphate ester salts including sodium and hydrocarbon.
본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 증점제는 나트륨에 의한 치환도가 0.6 내지 1.4인 셀룰로오스계 화합물일 수 있다. The thickener used according to an embodiment of the present invention may be a cellulose-based compound having a degree of substitution of 0.6 to 1.4 by sodium.
이러한 셀룰로오스계 화합물의 비제한적인 예로는, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오스, 트리틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스, 아미노에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스에테르 및 카복시메틸셀룰로오스 및 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 이들 화합물 각각에서 나트륨에 의한 치환도는 전술한 바와 같이 0.6 내지 1.4 범위일 수 있다. Non-limiting examples of such cellulose-based compounds include methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, benzyl cellulose, trityl cellulose, cyanoethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, aminoethyl cellulose, nitrocellulose, cellulose It may be any one selected from the group consisting of ether and carboxymethylcellulose and salts thereof, or a mixture of two or more thereof, and the degree of substitution by sodium in each of these compounds may range from 0.6 to 1.4 as described above.
또한, 상기 셀룰로오스계 화합물의 중량 평균 분자량은 20,000 내지 4,000,000인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위의 분자량과 치환도를 가지는 셀룰로오스계 화합물을 사용한 경우, 음극 슬러리의 분산성 향상, 음극 슬러리의 점도 안정화 및 활물질과 도전제의 고른 분포로 인해 음극 활물질의 고형분 비를 높일 수 있어서 리튬 이차 전지의 용량 및 율특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the cellulose-based compound may have a weight average molecular weight of 20,000 to 4,000,000. In the case of using a cellulose-based compound having a molecular weight and degree of substitution within the above range, the solid content ratio of the negative active material can be increased due to the improved dispersibility of the negative electrode slurry, stabilization of the viscosity of the negative electrode slurry, and even distribution of the active material and the conductive agent. The capacity and rate characteristics of can be improved.
상기 셀룰로오스계 화합물은 셀룰로오스 반복 단위 당 셀룰로오스에 치환된 치환 그룹의 평균 개수를 치환도(degree of substitution, DS)라고 한다. 예컨대 카복시메틸셀룰로오스 나트륨염(CMCNa)의 치환도에 따라 다음과 같은 실험식(1)을 갖는다. 한 CMC 단량체 unit은 치환도가 x일 때,In the cellulose-based compound, the average number of substitution groups substituted in cellulose per cellulose repeating unit is referred to as the degree of substitution (DS). For example, it has the following empirical formula (1) according to the degree of substitution of sodium carboxymethylcellulose salt (CMCNa). When one CMC monomer unit has a degree of substitution x,
C6+ 2xH10 + xO5 + 2xNax … 실험식(1)C 6+ 2x H 10 + x O 5 + 2x Na x … Experimental equation (1)
이 때, CMCNa에 포함된 Na함량은 23x/(80x+162)으로 표시된다. At this time, the Na content in CMCNa is expressed as 23x/(80x+162).
본 발명의 일 실시예에 따른 음극 슬러리는 음극 슬러리를 구성하는 고형분 100중량% 기준으로 상기 음극 활물질 92 내지 99 중량%, 상기 수계 바인더 0.5 내지 4 중량%, 상기 증점제 0.5 내지 2 중량%가 수계 용매에 분산 혹은 용해되어 이루어진 것일 수 있다.The negative electrode slurry according to an embodiment of the present invention comprises 92 to 99% by weight of the negative active material, 0.5 to 4% by weight of the aqueous binder, and 0.5 to 2% by weight of the thickener based on 100% by weight of solids constituting the negative electrode slurry. It may be formed by dispersing or dissolving in.
상기 음극 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 탄소 복합체와 같은 탄소계 음극 활물질이 단독으로 또는 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 결정질 탄소로 천연흑연과 인조흑연과 같은 흑연질(graphite) 탄소일 수 있다.The negative active material may be a carbon-based negative active material such as crystalline carbon, amorphous carbon, or a carbon composite alone or in combination of two or more, and graphite such as natural graphite and artificial graphite as crystalline carbon It can be carbon.
상기 수계 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게, 상기 수계 용매는 물이다.The aqueous solvent may be one or more selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, and glycerol. Preferably, the aqueous solvent is water.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 음극 슬러리는 도전재를 더 포함할 수 있다. 이러한 도전재는 전지의 기타 요소들과 부반응을 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것 이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 나노튜브, 플러렌, 탄소 섬유, 금속 섬유, 불화카본, 알루미늄, 니켈 분말, 산화 아연, 티탄산 칼륨, 산화 티탄 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 사용될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the negative electrode slurry may further include a conductive material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing side reactions with other elements of the battery. For example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, carbon nanotube, fullerene, carbon fiber, metal fiber, carbon fluoride, aluminum, nickel Any one selected from the group consisting of powder, zinc oxide, potassium titanate, titanium oxide and polyphenylene derivatives, or a mixture of two or more of them may be used.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 음극 활물질, 수계 바인더 및 증점제의 혼합물이 수계 용매에 분산된 음극 슬러리에 있어서, 상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; SBR)이고, 상기 증점제는 카복시메틸셀룰로오스 나트륨염(CMCNa)이며, 상기 음극 슬러리 내의 나트륨 함량(FNa)은 하기 수학식을 만족하는 음극 슬러리가 제공된다.Further, according to another aspect of the present invention, in the negative electrode slurry in which a mixture of a negative active material, an aqueous binder, and a thickener is dispersed in an aqueous solvent, the aqueous binder is styrene-butadiene rubber (SBR), and the The thickener is carboxymethylcellulose sodium salt (CMCNa), and the sodium content (F Na ) in the negative electrode slurry is provided with a negative electrode slurry that satisfies the following equation.
[수학식 2][Equation 2]
(FCMCNa * A + FSBR * 0.02)S ≤ FNa ≤ (FCMCNa * A + FSBR *0.5) S(F CMCNa * A + F SBR * 0.02) S ≤ F Na ≤ (F CMCNa * A + F SBR *0.5) S
상기에서 S는 전체 음극 슬러리 중 고형분이 차지하는 비(%)를 중량 기준으로 나타낸 것이고, FSBR는 전극내 SBR 무게 함량비(%)를 나타내며, FCMCNa는 전극내 CMCNa 무게 함량비(%)이고, A는 CMCNa내에 포함된 Na+ 이온의 함량으로, A= 23 * Dsub / (80 * Dsub+162)이고, Dsub은 CMCNa의 치환도이다.In the above, S represents the ratio (%) of the total negative electrode slurry on a weight basis, F SBR represents the SBR weight content ratio (%) in the electrode, and FCMCNa is the CMCNa weight content ratio (%) in the electrode, A is the content of Na + ions contained in CMCNa, A= 23 * D sub / (80 * D sub +162), and D sub is the degree of substitution of CMCNa.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 바람직하게, 음극 슬러리 고형분 중 나트륨 함량은 500 내지 2000 ppm 범위일 수 있다. 나트륨 함량이 상기 하한치보다 작은 경우에는 카복시메틸 셀룰로오즈 용해와 스티렌-부타디엔 고무의 상 안정성에 불리하게 되고, 상기 상한치보다 큰 경우에는 전극 공정에 불리하게 된다. 또한, 나트륨 함량은 음극과 다른 전극 구성요소, 예컨대, 접착력이 충분히 확보될 수 있는지에 따라 상이하게 결정될 수 있는데, 음극과 결합하는 다른 구성요소에 의해 접착력이 충분히 확보될 수 있는 경우에는 음극 슬러리의 나트륨 함량을 높이는 것이 전지 저항을 낮추는데 도움이 되는 반면, 음극과 결합하는 다른 구성요소에 의한 접착력이 불충분한 경우에는 음극 슬러리의 나트륨 함량을 최소한으로 하여 접착력을 저해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.In another embodiment of the present invention, preferably, the sodium content in the solids of the negative electrode slurry may range from 500 to 2000 ppm. If the sodium content is less than the lower limit, the dissolution of carboxymethyl cellulose and the phase stability of the styrene-butadiene rubber are detrimental, and if it is greater than the upper limit, the electrode process is detrimental. In addition, the sodium content may be determined differently depending on whether the negative electrode and other electrode components, for example, sufficient adhesion can be secured. If the adhesion can be sufficiently secured by the other components bonded to the negative electrode, the negative electrode slurry While increasing the sodium content is helpful in lowering the battery resistance, when the adhesion by other components that bind to the negative electrode is insufficient, it is preferable to minimize the sodium content of the negative electrode slurry so as not to impair the adhesion.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 음극 집전체, 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되며 전술한 음극 슬러리로 제조된 음극이 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a negative electrode current collector, a negative electrode formed on at least one surface of the negative electrode current collector and made of the above-described negative electrode slurry.
상기 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel For the surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloys and the like may be used. In addition, like the positive electrode current collector, it is possible to enhance the bonding strength of the negative electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and it may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하고 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail in order to describe the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more clearly and completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art.
실시예Example 1 One
음극 활물질로 구형 흑연과 인편상 흑연을 중량비로 9:1로 혼합하여 음극 활물질을 제조하였다. 이어서, (1) 제조된 음극 활물질, (2) 도전재로 입경이 30 nm의 구형 및 인편상 흑연, (3) 바인더로 0.2중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버 및 (4) 증점제로 나트륨 치환도가 1.1이며 나트륨을 별도로 포함하지 않는 카르복시메틸셀룰로오스(분자량 160만 g/mol)를 95.7:1:2.2:1.1의 중량비로 혼합하고 이들을 용매인 물과 함께 혼합하여 균일한 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 농도는 20 ppm 이었다.A negative active material was prepared by mixing spherical graphite and flaky graphite as a negative electrode active material at a weight ratio of 9:1. Subsequently, (1) the prepared negative electrode active material, (2) spherical and flaky graphite having a particle diameter of 30 nm as a conductive material, (3) a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 0.2% by weight as a binder, and (4) a thickener. Carboxymethylcellulose (molecular weight 1.6 million g/mol), which has a degree of sodium substitution of 1.1 and does not contain sodium, is mixed in a weight ratio of 95.7:1:2.2:1.1 and mixed with water as a solvent to prepare a uniform negative electrode slurry. I did. The sodium concentration in the 50% solid negative electrode slurry was 20 ppm.
상기 제조된 음극 슬러리를 10㎛의 두께를 갖는 구리 호일에 350 mg/25 ㎠의 무게로 도포한 후 100 ℃의 진공 오븐에서 건조 및 압연하여, 음극을 제조하였다.The prepared negative electrode slurry was coated on a copper foil having a thickness of 10 μm at a weight of 350 mg/25 cm 2, and then dried and rolled in a vacuum oven at 100° C. to prepare a negative electrode.
양극 활물질로서 LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2, 도전재로서 Super-P, 바인더로서 PVdF를 98:1:1로 혼합하여 양극합제 슬러리를 제조한 후, 이러한 양극합제 슬러리를 금속 집전체인 알루미늄 호일에 코팅한 후, 120 ℃의 진공 오븐에서 2시간 이상 건조하여 양극을 제조하였다. LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, the PVdF as a Super-P, a binder 98 as the conductive material as a positive electrode active material: 1: After producing the positive electrode material mixture slurry was mixed in a 1, this positive electrode mixture slurry After coating on aluminum foil, which is a metal current collector, it was dried in a vacuum oven at 120° C. for 2 hours or more to prepare a positive electrode.
상기에서 제조된 음극과 양극을 사용하고 상기 음극과 양극 사이에 폴리프로필렌 분리막을 개재시킨 후 1M의 LiPF6이 용해된 부피비 1:1의 에틸렌 카보네이트(EC)와 디메틸 카보네이트(DMC) 용액을 주입하여 직사각 형태의 모노셀(음극 17.34 ㎠ / 양극 16.5 ㎠)을 제조하였다.Using the negative electrode and the positive electrode prepared above, interposing a polypropylene separator between the negative electrode and the positive electrode, and then injecting a 1:1 ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) solution in a volume ratio of 1 M LiPF 6 dissolved therein. A rectangular monocell (cathode 17.34 cm 2 / anode 16.5 cm 2) was prepared.
실시예Example 2 2
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 0.4 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스(CMC, 치환도 1.1, 분자량 160만 g/mol)와 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 나트륨 치환도 1.1, 분자량 160만g/mol)을 95.7:1:2.2:0.5:0.6 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 10% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 350 ppm 이었다.The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 0.4% by weight as a binder, carboxymethylcellulose (CMC, degree of substitution 1.1, molecular weight 1.6 million g/mol) and carboxy as a thickener The same negative electrode as in Example 1 was prepared, except that methylcellulose sodium (CMCNa, sodium substitution degree 1.1, molecular weight 1.6 million g/mol) was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:0.5:0.6. In the above, the CMCNa Na content was 10%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 350 ppm.
실시예Example 3 3
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 0.02 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 0.8, 분자량 300 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 8% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 450 ppm 이었다.The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 0.02% by weight as a binder, and carboxymethylcellulose sodium (CMCNa, degree of substitution 0.8, molecular weight 3 million g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 8%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 450 ppm.
실시예Example 4 4
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 0.1 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 0.9, 분자량 180 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 9% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 500 ppm 이었다.The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 0.1% by weight as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMCNa, degree of substitution: 0.9, molecular weight 1.8 million g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 9%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 500 ppm.
실시예Example 5 5
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 0.8 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 1.1, 분자량 160 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 10% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 650 ppm 이었다.The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 0.8% by weight as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMCNa, degree of substitution 1.1, molecular weight 1.6 million g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 10%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 650 ppm.
실시예Example 6 6
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 1.8 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 1.1, 분자량 160 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 10% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 750 ppm 이었다.The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 1.8% by weight as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMCNa, degree of substitution 1.1, molecular weight 1.6 million g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 10%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 750 ppm.
실시예Example 7 7
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 2.7 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 1.1, 분자량 160 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 10% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 850 ppm 이었다.The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 2.7% by weight as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMCNa, degree of substitution 1.1, molecular weight 1.6 million g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 10%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 850 ppm.
실시예Example 8 8
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 4.2 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 1.2, 분자량 70 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 11% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 1050 ppm 이었다.The negative active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 4.2% by weight as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMCNa, degree of substitution 1.2, molecular weight 700,000 g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 11%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 1050 ppm.
비교예Comparative example 1 One
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 10.0 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 1.1, 분자량 180 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 10% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 1650 ppm 이었다. The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 10.0% by weight as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMCNa, degree of substitution 1.1, molecular weight 1.8 million g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 10%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 1650 ppm.
비교예Comparative example 2 2
실시예 1의 음극 활물질, 실시예 1의 도전재, 바인더로 46.8 중량%의 나트륨 함량을 갖는 스티렌-부타디엔 러버, 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMCNa, 치환도 1.1, 분자량 160 만 g/mol)을 95.7:1:2.2:1.1 중량 조성비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하였다. 상기에서 CMCNa Na 함량은 10% 이었으며, 상기 고형분 50% 음극 슬러리중 나트륨 이온의 농도는 5500 ppm 이었다. The negative electrode active material of Example 1, the conductive material of Example 1, a styrene-butadiene rubber having a sodium content of 46.8% by weight as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMCNa, degree of substitution 1.1, molecular weight 1.6 million g/mol) as a thickener A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was used in a weight composition ratio of 95.7:1:2.2:1.1. In the above, the CMCNa Na content was 10%, and the concentration of sodium ions in the 50% solid negative electrode slurry was 5500 ppm.
음극 접착력 측정Cathode adhesion measurement
상기 실시예 1 내지 8, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 음극을 이용하여 음극 합제층의 접착력(gf/15mm)을 측정하였으며, 측정된 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 접착력은 전극 1.5 mm 너비로 잘라 슬라이드 글라스에 고정시킨 후, 전극 집전체를 벗겨내면서 180도 벗김 강도(peel strength)를 측정하였다.The adhesion (gf/15mm) of the negative electrode mixture layer was measured using the negative electrode prepared according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, and the measured results are shown in Table 1 below. The adhesive force was cut into 1.5 mm width of the electrode and fixed to the slide glass, and the peel strength was measured at 180 degrees while peeling off the electrode current collector.
착
력Fold
Sack
Force
음극 저항 측정Cathode resistance measurement
상기 실시예 3 내지 4 및 6 내지 8, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 음극을 이용하여 음극 합제층의 SOC 조건에 따른 저항을 측정하였으며, 측정결과는 도 1에 나타내었다. 방전저항은, 상기 제조된 전지를 충전 종지 전압 4.2 V, 방전 종지 전압 3.0 V으로 하고 각 SOC마다 각 1C로 30초 방전 저항을 측정하였다. SOC 50% 조건에서 모노셀의 방전저항의 측정 결과는 하기 표 2에 나타내었다.Using the negative electrodes prepared according to Examples 3 to 4 and 6 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, the resistance of the negative electrode mixture layer according to the SOC condition was measured, and the measurement results are shown in FIG. 1. As for the discharge resistance, the prepared battery was charged with an end voltage of 4.2 V and an end of discharge voltage of 3.0 V, and the discharge resistance was measured for 30 seconds at 1C for each SOC. The measurement results of the discharge resistance of the monocell under the SOC 50% condition are shown in Table 2 below.
비교예 1과 비교예 2의 경우, 전지 제작시 음극의 탈리 현상으로 인하여 집전체 위에 전극이 고르게 분포되어 있지 못한다. 집전체와 전극 간 계면의 접촉불량으로 해당전극으로 제작된 5개 이상의 전지 set에 대하여 저항측정시 측정치가 수렴하지 않아 측정을 할 수 없었다. In the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, electrodes were not evenly distributed on the current collector due to the detachment phenomenon of the negative electrode during battery fabrication. Due to poor contact at the interface between the current collector and the electrode, the measurement could not be performed because the measurement values did not converge when measuring resistance for 5 or more battery sets made with the corresponding electrode.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (12)
상기 수계 바인더가 0.02 내지 8 중량%의 나트륨을 포함하도록 나트륨 치환된 스티렌-부타디엔 고무이고,
상기 음극 슬러리 중 나트륨 이온 농도는 상기 수계 바인더와 증점제에서 유래된 나트륨 이온 함량의 합량에 의한 것이고,
상기 음극 슬러리 중 나트륨 이온 농도가 하기 수학식 1을 만족하는 음극 슬러리:
[수학식 1]
40 ppmS ≤ Na+ 이온 < 3000 ppmS
S는 전체 음극 슬러리 중 고형분(solid content)이 차지하는 비(%)를 중량 기준으로 나타낸 것이다.
In the negative electrode slurry in which a mixture of a negative electrode active material, an aqueous binder, and a thickener is dispersed in an aqueous solvent,
Sodium-substituted styrene-butadiene rubber so that the aqueous binder contains 0.02 to 8% by weight of sodium,
The sodium ion concentration in the negative electrode slurry is due to the sum of the content of sodium ions derived from the aqueous binder and the thickener,
A negative electrode slurry in which the sodium ion concentration in the negative electrode slurry satisfies the following Equation 1:
[Equation 1]
40 ppmS ≤ Na + ions <3000 ppmS
S represents the ratio (%) occupied by solid content in the total negative electrode slurry based on weight.
상기 증점제는 치환도가 0.6 내지 1.4인 셀룰로오스계 화합물인 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
The method of claim 1,
The negative electrode slurry, characterized in that the thickener is a cellulose-based compound having a degree of substitution of 0.6 to 1.4.
상기 셀룰로오스계 화합물은 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오스, 트리틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스, 아미노에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스에테르 및 카복시메틸셀룰로오스와 그 염들로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
The method of claim 4,
The cellulose-based compounds include methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, benzylcellulose, tritylcellulose, cyanoethylcellulose, carboxymethylcellulose, carboxyethylcellulose, aminoethylcellulose, nitrocellulose, cellulose ether, and carboxymethylcellulose. A negative electrode slurry, characterized in that it is any one selected from the group consisting of the salts or a mixture of two or more of them.
상기 셀룰로오스계 화합물의 중량 평균 분자량은 20,000 내지 4,000,000인 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
The method of claim 4,
The negative electrode slurry, characterized in that the weight average molecular weight of the cellulose-based compound is 20,000 to 4,000,000.
상기 음극 슬러리는 음극 활물질 92 내지 99 중량%, 수계 바인더 0.5 내지 4 중량%, 증점제를 0.5 내지 2 중량%을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
The method of claim 1,
The negative electrode slurry comprises 92 to 99% by weight of a negative electrode active material, 0.5 to 4% by weight of an aqueous binder, and 0.5 to 2% by weight of a thickener.
상기 음극 활물질은 탄소계 물질인 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
The method of claim 1,
The negative electrode slurry, characterized in that the negative active material is a carbon-based material.
상기 음극 슬러리는 도전재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
The method of claim 1,
The negative electrode slurry further comprises a conductive material.
상기 수계 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
The method of claim 1,
The aqueous solvent is a negative electrode slurry, characterized in that at least one selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol and glycerol.
상기 수계 바인더는 0.02 내지 8 중량%의 나트륨을 포함하도록 나트륨 치환된 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; SBR)이고, 상기 증점제는 카복시메틸셀룰로오스 나트륨염(CMCNa)이며, 상기 음극 슬러리 내의 나트륨 함량(FNa)은 상기 수계 바인더와 증점제에서 유래된 나트륨 이온 함량의 합량에 의한 것이고,
상기 음극 슬러리 내의 나트륨 함량(FNa)이 하기 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 음극 슬러리.
[수학식 2]
(FCMCNa * A + FSBR * 0.02)S ≤ FNa ≤ (FCMCNa * A + FSBR *0.5) S
상기에서 S는 전체 음극 슬러리 중 고형분이 차지하는 비(%)를 중량 기준으로 나타낸 것이고, FSBR는 전극내 SBR 무게 함량비(%)를 나타내며, FCMCNa는 전극내 CMCNa 무게 함량비(%)이고, A는 CMCNa내에 포함된 Na+ 이온의 함량으로, A= 23 * Dsub / (80 * Dsub+162)이고, Dsub은 CMCNa의 치환도이다.
In the negative electrode slurry in which a mixture of a negative electrode active material, an aqueous binder, and a thickener is dispersed in an aqueous solvent,
The aqueous binder is sodium-substituted styrene-butadiene rubber (SBR) to contain 0.02 to 8% by weight of sodium, and the thickener is carboxymethylcellulose sodium salt (CMCNa), and the sodium content in the negative electrode slurry (F Na ) is due to the sum of the content of sodium ions derived from the aqueous binder and the thickener,
The negative electrode slurry, characterized in that the sodium content (F Na ) in the negative electrode slurry satisfies Equation 2 below.
[Equation 2]
(F CMCNa * A + F SBR * 0.02) S ≤ F Na ≤ (F CMCNa * A + F SBR *0.5) S
In the above, S represents the ratio (%) of the total negative electrode slurry on a weight basis, F SBR represents the SBR weight content ratio (%) in the electrode, and FCMCNa is the CMCNa weight content ratio (%) in the electrode, A is the content of Na + ions contained in CMCNa, A= 23 * D sub / (80 * D sub +162), and D sub is the degree of substitution of CMCNa.
상기 음극 합제층은 제1항, 및 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 음극 슬러리로 제조된 것을 특징으로 하는 음극.
Negative electrode current collector; And a negative electrode mixture layer formed on at least one surface of the negative electrode current collector,
The negative electrode mixture layer is a negative electrode, characterized in that made of the negative electrode slurry according to any one of claims 1 and 4 to 11.
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