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KR20190027601A - 전극용 슬러리, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지 - Google Patents

전극용 슬러리, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지 Download PDF

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KR20190027601A
KR20190027601A KR1020170114585A KR20170114585A KR20190027601A KR 20190027601 A KR20190027601 A KR 20190027601A KR 1020170114585 A KR1020170114585 A KR 1020170114585A KR 20170114585 A KR20170114585 A KR 20170114585A KR 20190027601 A KR20190027601 A KR 20190027601A
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오승민
이윤성
고기석
여열매
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 (A)전극 활물질, (B)도전제 그리고 (C)바인더로서 셀룰로오스 화합물, 스티렌-부타디엔 고무 및 리튬 폴리아크릴레이트 를 동시에 포함하는 전극용 슬러리, 상기 슬러리를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.

Description

전극용 슬러리, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지 {ELECTRODE MATERIAL SLURRY AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 (A)전극 활물질, (B)도전제 그리고 (C)바인더로서 셀룰로오스 화합물, 스티렌-부타디엔 고무 및 리튬 폴리아크릴레이트 를 동시에 포함하는 전극용 슬러리, 상기 슬러리를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.
환경오염 극복을 위해 화석연료가 아닌 전기에너지에 의한 자동차 시장이 다양화 되고 있으며, 이 중 리튬 이차전지가 가장 각광받고 있다. 현재 주행거리 향상을 위해 배터리 고에너지 밀도화가 가장 중요한 이슈이며 이를 달성하기 위해서는 사용되는 소재의 에너지 밀도가 향상되어야 한다.
현재는 Ni, Co, Mn 계열 혹은 Ni, Co, Al 계열의 양극소재 및 흑연 음극을 사용한 배터리가 개발되고 있으나 에너지 밀도의 한계성 때문에 이를 대체할 만한 새로운 전극재료의 개발이 요구된다.
이러한 요구의 일환으로서 음극소재로서 카본계의 저가화와 아울러 실리콘 등의 금속계, 금속산화물계 또는 금속 복합계로의 빠른 기술개발의 전환이 이루어지고 있다. 비용량이 작은 양극소재와는 다르게 음극소재는 실리콘(Si) 또는 주석(Sn) 등의 고용량화가 가능한 재료가 적용될 수 있다. 예컨대 실리콘의 경우 4000 mAh/g이 넘는 고용량을 가지고 있고, 기존의 흑연 음극소재가 360 mAh/g의 비용량을 가지는 것에 대비할 때, 10배 이상의 높은 에너지 밀도를 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 실리콘을 전극활물질로 적용할 수 없었던 것은 이차전지 반응 중에 부피 변화가 400% 발생하여 전지의 수명유지가 짧다는 단점이 있기 때문이다.
대한민국 공개특허공보 10-2013-0016061호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반복적인 충방전 시에 이차전지의 성능이 저하되고 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있는 새로운 조성의 전극용 슬러리를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기한 새로운 조성의 전극용 슬러리를 포함하는 전극 및 이차전지를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제 해결을 위하여, 본 발명은 (A)전극 활물질, (B)도전제 및 (C)바인더를 포함하는 전극용 슬러리에 있어서, 상기 (C)바인더는
(C-1) 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 이의 알칼리금속염으로부터 선택된 셀룰로오스 화합물;
(C-2) 스티렌-부타디엔 고무(SBR); 및
(C-3) 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)를 포함하는 전극용 슬러리를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 슬러리를 포함하는 전극 또는 상기 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명이 제공하는 전극용 슬러리는 반복적인 충방전 시에 이차전지의 성능이 저하되고 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있다. 특히, 실리콘 활물질의 부피팽창을 효율적으로 제어하고, 비가역 반응을 억제하는 효과가 있다.
또한, 본 발명이 제공하는 전극용 슬러리는 전극 활물질로서 포함되는 흑연-실리콘 복합소재에서의 흑연 입자와 실리콘 입자의 고른 분산을 유도함을 물론이고, 입자간의 접착력을 강화시키는 효과가 있다.
따라서, 본 발명이 제공하는 전극용 슬러리는 흑연, 실리콘 또는 흑연-실리콘 복합재의 음극 활물질이 포함된 이차전지에서 우수한 출력특성, 수명특성 및 전극접착 안정성이 확보된 효과가 있다.
도 1은 전극 슬러리에서 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)의 첨가 효과를 보여주는 개념도이다.
도 2는 흑연 이차전지 전극에서, 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)의 첨가 효과를 비교한 그래프이다.
도 3은 흑연-실리콘 이차전지 전극에서, 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)의 첨가량 변화에 따른 효과를 비교한 그래프이다.
도 4은 실리콘 전극에서, 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA) 또는 폴리아크릴산(PAA)의 첨가 효과를 비교한 그래프이다.
도 5는 흑연-실리콘 이차전지 전극에서, 활물질로서 천연흑연(N.G.) 또는 인조흑연(A.G)의 함량 및 흑연-실리콘 음극 전극의 로딩량 변화에 따른 효과를 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
일반적인 전극용 슬러리는 (A)전극 활물질, (B)도전제 및 (C)바인더를 포함한다. 고용량화 이차전지 구현을 위하여 음극 활물질로 흑연-실리콘 복합소재를 적용하기 위해서는, 흑연입자와 실리콘 입자간의 고른 분산을 유도하고, 이들 입자간의 접착특성을 우수하게 유지시키는 것이 필요하고, 특히 충방전시에 실리콘의 부피팽창을 효율적으로 제어하는 기술이 요구된다.
본 발명에서는 이러한 요구를 만족시킬 수 있는 새로운 조성의 전극용 슬러리를 제공한다. 본 발명의 전극용 슬러리는 수용액 내에 (A)전극 활물질, (B)도전제 및 (C)바인더를 포함한다. 또한, 상기 전극용 슬러리는 전기화학적으로 활성 가능한 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 전기화학적으로 활성 가능한 물질은 흑연; 티탄산염; LMO(lithium manganese oxide), Li-NCA(lithium nickel cobalt aluminium oxide), LCO(lithium cobalt oxide), LNCM(lithium nickel cobalt manganese oxide), LFP(lithium iron phosphate)와 같은 리튬 금속 산화물; Si, SiOx, Si-M, Si-M-C (이때, M은 전이금속원소이고, x는 산화수 조절을 위한 변수이다)와 같은 실리콘 화합물; Sn, SnOx, Sn-M, Sn-M-C (이때, M은 전이금속원소이고, x는 산화수 조절을 위한 변수이다)와 같은 주석 화합물; 및 다른 금속 산화물이나 당해 업계에 알려진 다른 물질 뿐만 아니라 그의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극용 슬러리는 양의 전극, 음의 전극 또는 양극 및 음극에 사용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 전극용 슬러리는 (A)전극 활물질, (B)도전제 및 (C)바인더를 포함하는 슬러리 중에, 상기 (C)바인더로서 (C-1) 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 이의 알칼리금속염으로부터 선택된 셀룰로오스 화합물, (C-2) 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 (C-3) 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)를 동시에 포함한다.
본 발명에 따른 전극용 슬러리에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
(A) 전극 활물질
본 발명의 전극용 슬러리에는 전극 활물질로서 흑연, 실리콘 및 흑연-실리콘 복합재로 이루어진 군으로부터 선택하여 포함한다. 상기 흑연은 천연흑연(N.G.), 인조흑연(A.G.) 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있다. 전극 활물질로 천연흑연과 인조흑연을 동시에 포함하는 경우 실리콘 부피팽창 및 전극안정성에 유리한 효과를 기대할 수 있으며, 특히 인조흑연은 음극전극의 수명특성 안정화에 유리하다. 상기 실리콘은 실리콘(Si), 산화규소(SiOx) 또는 규소와 다른 금속의 합금(Si-M alloy)이 사용될 수 있다. 상기 흑연-실리콘 복합소재는 이차전지 분야에서 통상적으로 사용되어온 것으로서, 예를 들면 흑연-실리콘 복합소재는 나노 크기의 실리콘 입자와 흑연 입자를 단순히 혼합하여 제조된 것이거나, 또는 실리콘 입자와 흑연 입자의 혼합물에 탄소 및/또는 다른 금속 분말을 혼합, 피복, 도핑 또는 합금하는 방법을 통해 제조될 수 있다. 상기 흑연-실리콘 복합소재는 실리콘 입자와 흑연 입자가 95:5 내지 1:99 중량비로 혼합될 수 있다. 일 실시예로서, 상기 흑연-실리콘 복합소재는 천연흑연(1-x-y)-인조흑연(x)-실리콘(y)의 복합소재(이때, 0<x<1.0, 0<y<1.0 이다)를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 흑연-실리콘 복합소재의 조성 및 제조방법에 대해서는 특별히 제안을 두지 않는다.
상기 전극 활물질은 전극용 슬러리 총량을 기준으로 60 ~ 97 중량%, 바람직하게는 80 ~ 97 중량% 범위로 포함될 수 있다.
(B)도전제
본 발명의 전극용 슬러리에는 도전제가 포함된다. 상기 도전제는 전지의 기타 요소들과 부반응을 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것을 아니다. 상기 도전제는 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, 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말, 산화 아연, 티탄산 칼륨, 이산화 티탄 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 도전제로서 카본블랙을 구체적으로 예시하고 있으나, 본 발명에 적용되는 도전제의 종류가 카본블랙으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전제는 전극용 슬러리 총량을 기준으로 0.05 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 1.0 ~ 3.0 중량% 범위로 포함될 수 있다.
(C)바인더
본 발명의 전극용 슬러리에는 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 이의 알칼리금속염으로부터 선택된 셀룰로오스 화합물, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)를 포함한다.
상기 셀룰로오스 화합물은 수용성 고분자 첨가제로서, 고형분 증가 효과 및 상안정성을 향상시키기 위해 포함되는 성분이다. 더욱이 본 발명에서는 전극 활물질로서 흑연-실리콘 복합소재를 사용함을 특징으로 하는데, 전극 활물질로 포함되는 흑연이 수용액 내에서 고르게 분산되기 위하여 셀룰로오스 화합물을 포함한다. 상기 셀룰로오스 화합물은 예를 들면, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨염(CMCNa), 카르복시메틸셀룰로오스 리튬염(CMCLi) 등이 포함될 수 있다. 상기 셀룰로오스 화합물의 분자량은 고분자 사슬의 길이를 결정하게 되는데, 본 발명에서는 셀룰로오스 화합물로서 중량평균분자량(Mw)이 600,000 내지 1,200,000, 바람직하게는 800,000 ~ 1,200,000 범위인 것을 사용할 수 있다. 상기 셀룰로오스 화합물의 분자량이 너무 작으면 전극용 슬러리의 응집현상이 발생하는 문제가 있을 수 있고, 분자량이 너무 크면 전극용 슬러리 내에서 셀룰로오스 화합물이 용해되지 않아 고형분 함량을 높이는 문제가 있을 수 있다.
상기 셀룰로오스 화합물은 전극용 슬러리 총 중량에 대해 0.001 ~ 10 중량%, 바람직하게는 0.03 ~ 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 셀룰로오스 화합물의 함량이 0.001 중량% 미만이면 전극의 결착력 및 슬러리의 상안정성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있고, 10 중량%를 초과하면 슬러리의 고형분 농도가 낮아서 전극 내에 전류가 흐를 수 있는 채널이 국부적으로 형성되지 못하여 전지 내부의 저항이 증가하거나, 전류 집중 현상이 발생하여 전지의 성능 및 안정성을 저해할 수도 있다.
상기 스티렌-부타디엔 고무(SBR)는 고무계 바인더로서, 전극 활물질, 도전재, 집전체와의 결합을 위한 점 접착형 바인더로서 포함된다.
상기 스티렌-부타디엔 고무(SBR)는 전극용 슬러리 총 중량에 대해 0.001 ~ 10 중량%, 바람직하게는 0.03 ~ 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 스티렌-부타디엔 고무(SBR)의 함량이 0.001 중량% 미만이면 접착력 향상 효과를 기대할 수 없고, 10 중량%를 초과하면 전극의 에너지밀도가 급격히 감소하거나 슬러리 경화가 발생하여 슬러시 믹싱이 되지 않는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 전극용 슬러리에는 셀룰로오스 화합물과 스티렌-부타디엔 고무(SBR)가 필수성분으로서 동시에 포함된다. 셀룰로오스 화합물과 스티렌-부타디엔 고무(SBR)의 총 합량은 전극용 슬러리 총 중량에 대해 0.02 ~ 10 중량%, 바람직하게는 0.1 ~ 6 중량% 범위로 포함될 수 있다.
상기 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)는 폴리아크릴산에 리튬이온이 치환된 고분자로서, 셀룰로오스 화합물과 도전재가 전극 활물질에 대한 접착강도를 향상시키고, 그리고 전극 활물질로 포함된 실리콘의 부피팽창을 효율적으로 제어하기 위하여 포함된다. 도 1은 슬러리에 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)의 첨가 효과를 보여주는 개념도이다. 도 1에 의하면 흑연-실리콘 복합 음극 활물질에 바인더 성분으로서 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)이 첨가됨으로써 흑연 입자와 실리콘 입자의 고른 분산 및 접착력 강화를 유도하고, 그리고 실리콘의 부피팽창을 제어할 수 있다.
상기 리튬 폴리아크릴레이트는 폴리아크릴산과 리튬 하이드록사이드(LiOH)를 상온에서 교반하여 줌으로써 제조될 수 있다. 이때 폴리아크릴산은 중량평균분자량이 130,000 ~ 3,000,000 범위, 바람직하기로는 450,000 ~ 250,000 범위인 것을 사용할 수 있다. 상기 리튬 화합물은 폴리아크릴산의 몰수 대비 0.1 ~ 1 몰% 범위로 첨가할 수 있다.
상기 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)는 전극용 슬러리 총 중량에 대해 0.001 ~ 10 중량%, 바람직하게는 0.03 ~ 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)의 함량이 0.001 중량% 미만이면 접착력 향상 효과 및 실리콘 부피 증가 억제 효과를 기대할 수 없고, 10 중량%를 초과하면 전극의 에너지밀도가 급격히 감소하여 전지 수명이 급격히 감소하며 전극의 컬(Curl)이 심하게 발생하거나 경화되어 쉽게 부러지는 문제가 있다.
이상에서 설명한 바인더는 전극용 슬러리 총량을 기준으로 0.5 ~ 30 중량%, 바람직하게는 1 ~ 10 중량% 범위로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명은 이상에서 설명한 슬러리가 포함된 전극 또는 이차전지를 포함한다.
상기 전극은 수용액 내에 전극 활물질, 도전제 및 바인더 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리를 집전체 상에 코팅 또는 라미네이팅 하는 단계, 및 슬러리를 건조하여 전극을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 전극의 제조방법에서 비수용성 전해질을 추가하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제조방법을 통해 제조된 전극을 전기화학적 셀 내에 삽입하여 이차전지를 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 흑연-실리콘 이차전지 전극
(1) 흑연-실리콘 전극 슬러리의 제조
활물질로 천연흑연, 인조흑연 및 실리콘을 사용하고, 도전재로 카본블랙을 사용하였다. 흑연-실리콘 복합재료는 천연흑연, 인조흑연 및 실리콘 분말을 61 : 26 : 13 중량비로 혼합하여 제조하였다. 물에 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 분산한 후, 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)를 추가로 분산시켜 수계 바인더를 제조하였다. 그리고, 하기 표 1에 나타낸 조성비로 활물질, 카본블랙 및 바인더를 배합하여 최종 슬러리를 제조하였다.
(2) 이차전지 전극의 제조
집전체인 구리 호일에 상기에서 제조한 전극 슬러리를 두께가 80 ㎛가 되도록 곰마코터 방식으로 도포하였다. 상기 전극슬러리를 도포한 뒤 80℃ 온도에서 건조하여 이차전지 전극을 제조하였다.
구 분 슬러리조성(중량%) 흑연 이차전지 전극의 특성
활물질 카본
블랙		 바인더
CMC SBR LiPAA 비용량
(mAh/g) 		수명특성
(50cycle, 상온 )		 전극팽창
(1st 충전 후 )
실시예 1-1 93 2 1.5 1.5 2.0 500 97.0% 29.0%
실시예 1-2 93 2 1.5 1.5 1.0 500 90.0% 35.0%
실시예 1-3 92 2 1.5 1.5 3.0 500 94.5% 31.0%
실시예 1-4 91 2 1.5 1.5 4.0 500 94.3% 28.0%
실시예 1-5 90 2 1.5 1.5 5.0 500 95.7% 34.0%
비교예 1-1 94 3 1.5 1.5 0 500 70.9% 47.0%
비교예 1-2 93 2 2.5 2.5 0 500 80.0% 42.0%
비교예 1-3 91 2 0 0 7.0 500 90.2% 34.0%
도 2에는 흑연-실리콘 이차전지 전극에서, 바인더 성분으로서 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)의 첨가 효과를 비교한 그래프이다. 구체적으로는 상기 실시예 1-1 및 비교예 1-1에서 제조한 각각의 흑연 전극을 35 싸이클 충방전시 비용량을 측정한 결과이다. 도 2에 의하면, 바인더 성분으로서 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)가 첨가됨으로써 0.5C 비용량이 증가하였으며, 수명 특성도 연장됨을 확인할 수 있다
도 3에는 흑연-실리콘 이차전지 전극에서, 리튬 폴리아크릴리에트 (LiPAA)의 함량 증대에 따른 효과를 비교한 그래프이다. 실시예 1-1, 1-3, 1-4에서 제조한 각각의 흑연전극을 0.1C 3싸이클 안정화 후 0.5C 충방전시 비용량을 나타낸 결과이다. 도 3에 의하면, 리튬 폴리아크릴레이트 (LiPAA) 함량이 증대됨에 따라 수명특성이 개선됨을 확인할 수 있다.
실시예 2. 실리콘 이차전지 전극
(1) 실리콘 전극 슬러리의 제조
활물질로 실리콘을 사용하고, 도전재로는 카본블랙을 사용하였다. 물에 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 1.5 중량%와 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 1.5 중량%를 분산한 후, 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA) 2 중량%를 추가로 분산시켜 수계 바인더를 제조하였다. 그리고, 준비된 활물질 92.0 중량%, 카본블랙 3.0 중량% 및 바인더 5.0 중량%를 배합하여 최종 슬러리를 제조하였다.
(2) 이차전지 전극의 제조
집전체인 구리 호일에 상기에서 제조한 전극 슬러리를 두께가 80 ㎛가 되도록 곰마코터 방식으로 도포하였다. 상기 전극슬러리를 도포한 뒤 80℃ 온도에서 건조하여 이차전지 전극을 제조하였다.
도 4는 실리콘 이차전지 전극에서, 바인더 성분으로서 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)와 폴리아크릴산(PAA)의 첨가효과를 비교한 그래프이다. 비교예로서 는 상기 실시예 3에 의해 실리콘 이차전지 전극을 제조하되, 바인더 성분으로서 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)를 대신하여 폴리아크릴산(PAA)이 2 중량% 포함시켜 실리콘 이차전지 전극을 제조하였다.
도 4에 의하면, 실리콘 전극은 비용량이 매우 높다는 것을 알 수 있다. 바인더 성분으로서 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)가 첨가된 실리콘 전극은 반복적인 충방전 후에도 비용량 감소가 매우 낮았는데 반하여, 폴리아크릴산(PAA)이 첨가된 실리콘 전극은 비용량이 급격하게 감소됨을 확인할 수 있다.
실시예 3. 흑연-실리콘 이차전지 전극
(1) 흑연-실리콘 복합 전극 슬러리의 제조
활물질로 흑연-실리콘 복합재료를 사용하였다. 흑연-실리콘 복합재료는 흑연(천연흑연(N.G.) 또는 인조흑연(A.G.))과 실리콘 분말의 배합비를 하기 표 2와 같이 변화시켜 제조하였다. 도전재로는 카본블랙을 사용하였다. 물에 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 분산한 후, 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)를 추가로 분산시켜 수계 바인더를 제조하였다. 그리고, 준비된 활물질 92.0 중량%, 카본블랙 3.0 중량% 및 바인더 5.0 중량%를 배합하여 최종 슬러리를 제조하였다.
(2) 이차전지 전극의 제조
집전체인 구리 호일에 상기에서 제조한 전극 슬러리를 두께가 80 ㎛가 되도록 곰마코터 방식으로 도포하였다. 상기 전극슬러리를 도포한 뒤 80℃ 온도에서 건조하여 이차전지 전극을 제조하였다. 이때, 실시예 3-1, 3-2의 전극 로딩양은 6.0 mg/cm2 이며, 3-3에서 3-6까지의 전극 로딩양은 10.0 mg/cm2 이다.
구 분 전극 활물질 (중량%) 바인더조성 (중량%) 0.1C
비용량
(mAh/g)
흑연 실리콘 CMC SBR LiPAA
실시예 3-1 N.G. (95) 5 1.0 2.0 2.0 430
실시예 3-2 N.G. (91) 9 1.0 2.0 2.0 430
실시예 3-3 N.G. (95) 5 1.0 2.0 2.0 430
실시예 3-4 N.G. (91) 9 1.0 2.0 2.0 430
실시예 3-5 A.G. (95) 5 1.0 2.0 2.0 430
실시예 3-6 A.G. (91) 9 1.0 2.0 2.0 430
도 5에는 상기 표 2의 결과를 그래프로 나타내었다. 도 5에 의하면, 실리콘 함량이 증대될 경우에도 폴리아크릴레이트 (LiPAA) 바인더를 사용함으로써 수명특성이 우수함을 확인할 수 있다. 실시예 3-1과 3-3 또는 3-2와 3-4를 비교하였을 때, 전극 단위면적당 로딩양이 증대 되더라도 수명특성을 유지함을 확인할 수 있다. 그리고 실시예 3-3, 3-4 와 3-5, 3-6을 비교하였을 때, 천연흑연에서 인조흑연으로 흑연 소재를 변경하더라도 우수한 수명특성이 유지됨을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. (A)전극 활물질, (B)도전제 및 (C)바인더를 포함하는 전극용 슬러리에 있어서, 상기 (C)바인더는
    (C-1) 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 이의 알칼리금속염으로부터 선택된 셀룰로오스 화합물;
    (C-2) 스티렌-부타디엔 고무(SBR); 및
    (C-3) 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극용 슬러리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (C)바인더 전체 중량 대비하여
    (C-1) 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 이의 알칼리금속염으로부터 선택된 셀룰로오스 화합물 0.001 ~ 10 중량%;
    (C-2) 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 0.001 ~ 10 중량%; 및
    (C-3) 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA) 0.001 ~ 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극용 슬러리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (C)바인더 전체 중량 대비하여
    (C-1) 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 이의 알칼리금속염으로부터 선택된 셀룰로오스 화합물 0.01 ~ 5 중량%;
    (C-2) 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 0.01 ~ 5 중량%; 및
    (C-3) 리튬 폴리아크릴레이트(LiPAA) 0.01 ~ 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극용 슬러리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A)전극 활물질은 흑연, 실리콘 및 흑연-실리콘 복합재로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전극용 슬러리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A)전극 활물질은 흑연-실리콘 복합재인 것을 특징으로 하는 전극용 슬러리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (B)도전제는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 나노튜브, 플러렌, 탄소 섬유, 금속 섬유, 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말, 산화 아연, 티탄산 칼륨, 이산화 티탄 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극용 슬러리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중에서 선택된 어느 한 항의 슬러리가 집전체에 의해 도포된 전극.
  8. 제 7 항의 전극을 포함하는 리튬 이차전지.
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