KR101601949B1 - 도전재 조성물, 이를 사용한 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물 및 리튬 이차 전지 - Google Patents

도전재 조성물, 이를 사용한 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물 및 리튬 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산된 상태로 포함된 전극의 제공을 가능케 하여, 보다 향상된 전기적 특성 및 수명 특성을 갖는 리튬 이차 전지 등 전지를 제공할 수 있게 하는 도전재 조성물, 이를 사용한 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 상기 도전재 조성물은 탄소 나노 튜브; 및 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하되, 분자량 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 60 중량% 이상의 함량으로 포함하는 분산제를 포함하는 것이다.

Description

도전재 조성물, 이를 사용한 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물 및 리튬 이차 전지{CONDUCTING MATERIAL COMPOSITION, SLURRY COMPOSITION FOR FORMING ELECTRODE OF LITHIUM RECHARGEABLE BATTERY AND LITHIUM RECHARGEABLE BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산된 상태로 포함된 전극의 제공을 가능케 하여, 보다 향상된 전기적 특성 및 수명 특성을 갖는 리튬 이차 전지 등 전지를 제공할 수 있게 하는 도전재 조성물, 이를 사용한 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근 들어, 전기 자동차, 전력 저장용 전지 또는 모바일 스마트 기기 등의 시장이 급격히 성장함에 따라, 이전에 알려진 것보다 높은 용량 및 출력 특성을 나타내는 리튬 이차 전지 등 전지의 개발이 요구되고 있다.
이러한 고용량 전지의 개발을 위해서는, 일반적으로 전극의 두께가 두꺼워질 필요가 있고, 두꺼워진 전극으로부터 current collector까지 전자의 이송이 원활하게 이루어질 필요가 있다. 그런데, 기존에 이차 전지에서 도전재로 적용되던 영차원 구조인 카본블랙의 경우, 효과적인 도전 경로를 만들지 못하여, 위와 같은 기술적 요구를 제대로 충족하지 못하는 단점이 있다. 이로 인해, 최근에는 상기 도전재로서 1차원 섬유 구조체인 탄소 나노 튜브의 사용이 검토되고 있다.
더불어, 상술한 고용량 전지의 개발을 위해, 실리콘계 음극 활물질이나, 새로운 리튬 복합 금속 산화물계의 양극 활물질 등 새로운 소재의 적용이 널리 검토 및 시도되고 있다. 다만, 이러한 신규 소재, 예를 들어, 실리콘계 음극 활물질 등 고용량 소재의 적용을 위해서는, 충방전 과정에서 도전 구조를 유지한채 부도체 또는 실리콘의 쪼개짐을 방지해야 하는 등 새로운 기술적 요구를 해결해야할 필요가 생기게 되었다.
이러한 새로운 기술적 요구를 해결하고, 더 나아가, 상기 전지의 전극 특성, 예를 들어, 전기 전도도 등 전기적 특성을 더욱 개선하기 위해, 기존에 전극의 도전재로 적용되어 왔던 카본블랙을 1차원 섬유 구조체인 탄소 나노 튜브로 대체사용 하는 것이 검토 및 시도되고 있다. 특히, 이러한 탄소 나노 튜브는 기존 소재에 비해 매우 우수한 전기 전도도 및 열 전도도 등을 나타낼 뿐 아니라, 섬유 형태의 도전재로서 효과적인 도전 구조를 유지할 수 있으므로, 기존 소재를 대체하는 새로운 도전재 소재로서 가장 각광받고 있다.
그러나, 이러한 탄소 나노 튜브는 고체 분말 상태나, 전지 제조를 위한 슬러리 상태에서 분산성이 매우 떨어져 고농도 분산이 어려운 한계가 있다. 이로 인해, 기존에는 별도의 분산제와 더불어 액상 매질 등을 사용해 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시킨 후, 전극 형성을 위한 나머지 성분과 혼합하여 전극 형성용 슬러리 조성물 및 전극을 제조하는 방법을 적용하였다. 그러나, 최근에 고용량 전지의 개발을 위하여 슬러리 내의 고형분 함량의 증가가 필요하게 되었고, 그로 인한 두께가 증가된 전극에 효과적인 도전경로를 만들기 위하여 도전 성분으로서 다량의 탄소 나노 튜브의 사용이 필요하게 되었다. 이러한 경우, 기존의 액상 탄소 나노 튜브 분산액을 사용하면, 상기 전극 형성용 슬러리 조성물 및 전극에 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 포함시키기 어려워 이러한 탄소 나노 튜브를 적용해 전극 및 전지 등의 특성을 향상시키는데 한계가 있었던 것이 사실이다. 더구나, 이러한 액상 매질 등을 적용할 경우, 전극 등의 형성을 위한 전체적인 공정성 역시 저하되는 점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 분말 등 고체 상태의 탄소 나노 튜브를 고농도로 균일하게 분산시킬 수 있어, 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브가 포함된 전극 및 이를 포함한 전지의 제공을 가능케 하는 기술의 개발이 계속적으로 요구되고 있다.
본 발명은 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산된 상태로 포함된 전극의 제공을 가능케 하여, 보다 향상된 전기적 특성 및 수명 특성을 갖는 리튬 이차 전지 등 전지를 제공할 수 있게 하는 도전재 조성물 및 이를 사용한 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 상기 전극 형성용 슬러리 조성물로부터 형성된 전극을 포함하여 보다 향상된 특성을 나타내는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명은 탄소 나노 튜브; 및 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하되, 분자량 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 60 중량% 이상의 함량으로 포함하는 분산제를 포함하는 도전재 조성물을 제공한다.
상기 도전재 조성물은 탄소 나노 튜브 분말과, 탄소 나노 튜브 분말 표면에 존재하는 분산제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전재 조성물에 포함된 분산제에서, 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 원소 분석하였을 때, 산소 함량이 상기 분산제의 전체 원소 함량의 12 내지 50 중량%로 될 수 있다.
그리고, 상기 분산제에서, 폴리 방향족 탄화수소 산화물은 5 내지 30개, 혹은 7 내지 20개의 벤젠 고리가 포함된 방향족 탄화수소에 산소 함유 작용기가 하나 이상 결합된 구조를 가질 수 있고, 상기 산소 함유 작용기는 히드록시기, 에폭시기, 카르복시기, 니트로기 및 설폰기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 도전재 조성물에서는, 탄소 나노 튜브의 100 중량부를 기준으로, 분산제의 약 1 내지 50 중량부, 혹은 약 5 내지 30 중량부가 포함될 수 있다.
또, 상기 도전재 조성물은 전지의 전극 형성을 위해 사용될 수 있고, 보다 구체적으로 리튬 이차 전지의 전극 슬러리 조성물에 포함될 수 있다.
한편, 본 발명은 전극 활물질, 상술한 도전재 조성물, 결합제 및 용매를 포함하는 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물을 제공한다.
이러한 슬러리 조성물에서, 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함할 수 있고, 결합제는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리(스티렌-부타디엔) 공중합체, 알지네이트 및 폴리도파민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 용매는 물, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란 및 데칸으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 슬러리 조성물은 전극 활물질, 도전재 조성물 및 결합제를 합한 고형분의 총 함량 100 중량부에 대해, 전극 활물질의 70 내지 98 중량부와, 도전재 조성물의 0.1 내지 15 중량부와, 결합제의 1.0 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 집전체와, 음극 활물질, 도전재 및 결합제를 포함하고 상기 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극; 집전체와, 양극 활물질, 도전재 및 결합제를 포함하고 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극; 및 전해질을 포함하고, 상기 음극 활물질층 또는 양극 활물질층에 포함된 도전재의 적어도 하나는 상술한 도전재 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
이러한 리튬 이차 전지는 보다 높은 농도의 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산된 형태로 포함된 분말상 도전재 조성물 등으로부터 형성된 전극을 가짐에 따라, 전극에 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산된 상태로 포함시킬 수 있다. 따라서, 상기 리튬 이차 전지는 탄소 나노 튜브의 고함량 함유에 따른 성능 향상을 극대화시켜 발현할 수 있으므로, 보다 우수한 용량 특성, 전기적 특성 및 수명 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 분말 상태에서도 고함량의 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시킬 수 있는 신규한 분산제와, 이를 포함한 도전재 조성물이 제공된다. 이러한 분말상 도전재 조성물 및 이를 포함한 전극 형성용 슬러리 조성물을 사용함에 따라, 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브가 균일하게 포함된 전극의 제공이 가능해 진다.
따라서, 이러한 전극 등을 사용해 보다 향상된 전기적 특성, 용량 특성 및 수명 특성 등을 나타내는 리튬 이차 전지 등 전지를 제공할 수 있게 된다. 그 결과, 본 발명은 리튬 이차 전지 등 각종 전지의 고용량 특성을 구현하는데 크게 기여할 수 있다.
도 1a 및 도 1b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)는 pitch의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)는 실시예 1에서 얻어진 분산제의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여 나타낸 도면이다.
도 3은 pitch 및 실시예 1의 분산제를 각각 13C CPMAS NMR로 분석하여, 그 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 pitch 및 실시예 1의 분산제를 각각 FT-IR 로 분석하여, 그 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 2 내지 4에서 각각 얻어진 분산제의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하고, 그 분석 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6a 및 6b는 실시예 9에서 전극 형성용 슬러리 조성물 및 전극을 형성한 경우에, 활물질 (Graphite) 표면에 분산되어 있는 도전재 조성물 중의 탄소 나노 튜브의 분포를 SEM으로 분석 및 확인하여 나타낸 도면이다.
도 7a 및 7b는 시험예 2에서 실시예 1의 분산제를 사용하여 실시예 5의 도전재 조성물, 실시예 9의 전극 형성용 슬러리 조성물, 전극(양극 또는 음극) 및 리튬 이차 전지를 형성한 경우, 각 전극의 전기적 특성을 상기 분산제를 사용하지 않고 리튬 이차 전지를 형성한 경우와 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 도전재 조성물, 이를 사용한 전극 형성용 슬러리 조성물 및 리튬 이차 전지에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 이하의 명세서에서, "분산제"란 수용매, 유기 용매 기타 액상의 매질 내에 다른 성분, 예를 들어, 탄소 나노 튜브 등을 균일하게 분산시키기 위한 임의의 성분을 지칭할 수 있다.
또, "분산 조성물"이라 함은 리튬 이차 전지 등 전지의 전극 형성용 조성물에 도전재로서 사용될 수 있는 임의의 조성물을 지칭할 수 있다. 이때, 상기 "분산 조성물" 또는 전극 형성용 조성물의 상태나 구체적인 용도를 불문하고, 임의의 전극 형성용 조성물에 도전재로서 추가될 수 있는 조성물은 모두 "분산 조성물"의 범주에 속할 수 있음은 물론이다.
그리고, 이하의 명세서에서, "폴리 방향족 탄화수소"라 함은 단일 화합물 구조 내에 방향족 고리, 예를 들어, 벤젠 고리가 2 개 이상, 혹은 5개 이상 결합 및 포함되어 있는 방향족 탄화수소 화합물을 지칭할 수 있다. 또한, "폴리 방향족 탄화수소 산화물"은 상술한 "폴리 방향족 탄화수소"가 산화제와 반응을 일으켜 이의 화학 구조 내에 산소 함유 작용기가 하나 이상 결합되어 있는 임의의 화합물을 지칭할 수 있다. 이때, 상기 산화제와의 반응에 의해 "폴리 방향족 탄화수소"에 도입될 수 있는 산소 함유 작용기는 히드록시기, 에폭시기, 카르복시기, 니트로기 또는 설폰기 등 방향족 고리에 결합될 수 있고 작용기 중에 산소를 하나 이상 포함하는 임의의 작용기로 될 수 있다.
한편, 발명의 일 구현예에 따르면, 탄소 나노 튜브; 및 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하되, 분자량 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 60 중량% 이상의 함량으로 포함하는 분산제를 포함하는 도전재 조성물이 제공된다.
일 구현예의 도전재 조성물은 탄소 나노 튜브와 함께, 소정의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물을 포함한 분산제를 포함하고 있다. 본 발명자들의 실험 결과, 이러한 특정 분산제의 작용으로 분말상 탄소 나노 튜브를 보다 균일하게 분산시킬 수 있음이 확인되었다. 그 결과, 별도의 액상 매질을 사용하지 않더라도, 분말상 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산된 도전재 조성물이 제공될 수 있고, 이러한 도전재 조성물을 사용해 전극 형성용 슬러리 조성물 및 전극에 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산된 상태로 포함시킬 수 있음이 확인되었다.
이와 같이, 상기 분산제가 탄소 나노 튜브를 보다 균일하게 분산시킬 수 있는 것은 후술하는 분산제의 특성에 기인한 것으로 예측될 수 있다.
석유 또는 석탄 등 화석 연료의 정제 과정에서 찌꺼기 등으로 배출되는 피치(pitch)는 아스팔트 제조 등을 위해 사용되는 부산물로서, 다수의 방향족 고리를 갖는 폴리 방향족 탄화수소를 복수 종 포함하는 점성 있는 혼합물 형태를 띨 수 있다. 그런데, 본 발명자들의 실험 결과, 이러한 피치 등에 대해 산화제를 사용한 산화 공정을 거치게 되면, 상기 피치에 포함된 폴리 방향족 탄화수소들 중 지나치게 큰 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들의 적어도 일부가 분해되고, 원심분리 등의 정제 공정을 통해 300이하의 매우 낮은 분자량을 갖는 것들이 분리되어, 결과적으로 비교적 좁은 분자량 분포를 갖는 폴리 방향족 탄화수소들의 혼합물이 얻어지는 것으로 확인되었다. 이와 함께, 각 폴리 방향족 탄화수소의 방향족 고리에 하나 이상의 산소 함유 작용기가 도입되면서, 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 복수 종 포함하는 혼합물이 얻어지는 것으로 확인되었다.
구체적으로, 이러한 방법으로 얻어지는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물은 MALDI-TOF MS로 분석하였을 때, 분자량이 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700인 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 약 60 중량% 이상, 혹은 약 65 중량% 이상, 혹은 약 70 내지 95 중량%로 포함함이 확인되었다. 이러한 혼합물 중에 포함되는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 구체적인 종류, 구조 및 분포 등은 그 원료로 되는 피치의 종류나 그 유래, 혹은 산화제의 종류 등에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 적어도, 상기 분산제에 포함되는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물은 5 내지 30개, 혹은7 내지 20개 각각 포함된 폴리 방향족 탄화수소에 산소 함유 작용기가 하나 이상 도입된 구조를 갖는 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 복수 종 포함하며, 이러한 혼합물 중의 폴리 방향족 탄화수소 산화물은 상술한 분자량 분포, 즉, 분자량 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700의 산화물이 전체 혼합물의 약 60 중량% 이상으로 되는 분자량 분포를 갖게 된다.
이때, 상기 산소 함유 작용기의 종류는 피치 등의 산화 공정에서 사용되는 산화제의 종류 등에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어, 히드록시기, 에폭시기, 카르복시기, 니트로기 및 설폰기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 될 수 있고, 통상적으로 혼합물 내에 다양한 작용기들을 갖는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들이 포함될 수 있다.
상술한 구조적 특성 및 분자량 분포 등을 충족하는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들과, 이들의 혼합물은 방향족 고리들이 모인 소수성 π- 도메인과, 상기 방향족 고리 등에 결합된 산소 함유 작용기들에 의한 친수성 영역을 동시에 가질 수 있다. 이들 중 소수성 π- 도메인은 탄소-탄소 결합들이 형성되어 있는 탄소 나노 튜브 등의 표면과 π- π 상호 작용을 할 수 있으며, 친수성 영역은 각각의 단일한 탄소 나노 튜브 간의 반발력이 발현되도록 할 수 있다. 그 결과, 상기 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물을 포함하는 상기 분산제는 탄소 나노 튜브의 각 분말 또는 입자 사이에 존재하여 이러한 탄소 나노 튜브를 보다 균일하게 분산시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분산제는 상술한 π- π 상호 작용에 의해 탄소 나노 튜브의 분말 표면에 흡착되어 존재할 수 있다. 따라서, 상술한 특정 분산제를 포함하는 일 구현예의 도전재 조성물은 분말상 탄소 나노 튜브를 보다 균일하게 분산된 상태로 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 도전재 조성물을 사용해 전극 형성용 슬러리 조성물 및 전극에 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산된 상태로 포함시킬 수 있으며, 보다 향상된 전기적 특성을 나타내는 전극과, 우수한 용량 특성 및 수명 특성 등을 나타내는 리튬 이차 전지 등 전지의 제공에 크게 기여할 수 있다.
더구나, 상기 일 구현예의 도전재 조성물에 포함되는 분산제는 저가의 피치 등의 원료로부터 단순화된 산화 공정을 통해 제조될 수 있으므로, 낮은 제조 단가로 용이하게 얻어질 수 있다. 이러한 분산제의 사용만으로도 우수한 특성을 나타내는 전극 및 전지 등을 제공할 수 있어, 전지의 고용량화 및 고효율화를 보다 쉽게 달성할 수 있게 된다.
한편, 기존에는 탄소 나노 튜브 등의 섬유상 탄소와, 피렌 또는 퀴나크리돈 골격을 갖는 고분자 분산제를 포함한 도전재 조성물이 알려진 바 있다(한국 공개 특허 공보 제 2010-0095473 호). 그러나, 이와 같은 고분자 분산제를 단독으로 사용할 경우, 상기 탄소 나노 튜브를 분산시키고자 하는 매질(예를 들어, 상기 도전재 조성물에 포함되는 용매 등)의 종류에 따라, 고분자 분산제에 적절한 작용기를 도입하여 사용할 필요가 있다. 더구나, 위와 같은 고분자 분산제 및 이를 포함한 도전재 조성물은 분말 상태로 제공되기 어렵고, 특히, 이러한 분말 상태에서 탄소 나노 튜브 등을 높은 함량으로 균일하게 분산시키기 어렵게 된다.
그러나, 상기 일 구현예의 도전재 조성물에 포함된 분산제는 일정 범위의 다양한 분자량 및 여러 가지 산소 함유 작용기 등을 갖는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물 상태를 가지므로, 별도의 작용기를 도입할 필요 없이, 다양한 용매 또는 매질에 대해 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시킬 수 있고, 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산된 상태로 포함하는 도전재 조성물이 보다 쉽게 제조 및 제공될 수 있다. 더구나, 상기 일 구현예의 조성물에 포함된 분산제는 분말 상태에서도, 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시킬 수 있으므로, 이를 사용해 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 포함하는 전극 및 전지를 용이하게 제공할 수 있게 된다.
한편, 일 구현예의 도전재 조성물을 각 성분별로 설명하면 이하와 같다.
상기 일 구현예의 도전재 조성물에서, 상기 탄소 나노 튜브로는 이전부터 각종 전극용 조성물 등에 사용 가능한 것으로 알려진 임의의 형태의 탄소 나노 튜브를 사용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 탄소 나노 튜브로는 단일 벽 탄소 나노 튜브 (Single Wall Carbon Nano Tube) 또는 다중 벽 탄소 나노 튜브 (Multi Wall Carbon Nano Tube)를 별다른 제한 없이 사용할 수 있으며, 약 100 내지 1000의 aspect ratio (길이/직경)를 갖는 탄소 나노 튜브를 사용할 수 있다. 상기 탄소 나노 튜브의 직경 또는 aspect ratio에 따라 탄소 나노 튜브의 비표면적이 달라질 수 있는데, 이러한 탄소 나노 튜브의 비표면적에 따라 상기 도전재 조성물 내에서 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시키기 위한 분산제의 사용량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 탄소 나노 튜브와 함께 도전재 조성물에 포함되는 분산제는 이에 포함된 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 원소 분석하였을 때, 전체 분산제에 포함된 산소 함량이 전체 원소 함량의 약 12 내지 50 중량%, 혹은 약 15 내지 45 중량%로 될 수 있다. 이러한 산소 함량은 상기 폴리 방향족 탄화수소 산화물에서 산화 공정에 의해 산소 함유 작용기가 도입된 정도를 반영하는 것으로서, 이러한 산소 함량의 충족에 따라 상술한 친수성 영역이 적절한 정도로 포함될 수 있다. 그 결과, 상술한 분산제를 사용해 탄소 나노 튜브를 보다 적절히 분산시킬 수 있다.
상기 산소 함량은 상술한 혼합물에 포함된 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 원소 분석하여 산출할 수 있다. 즉, 상기 혼합물 시료(예를 들어, 약 1mg)를, 예를 들어, 얇은 호일 위에서 약 900℃ 내외의 고온으로 가열하면 호일이 순간적으로 녹으면서 그 온도가 약 1500 내지 1800℃까지 상승할 수 있고, 이러한 고온에 의해 상기 혼합물 시료로부터 기체가 발생하여 이를 포집 및 원소 함량을 측정 및 분석할 수 있다. 이러한 원소 분석 결과, 상기 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물에 포함된 탄소, 산소, 수소 및 질소의 총 원소 함량이 측정 및 분석될 수 있고, 이러한 총 원소 함량에 대한 산소 함량을 구할 수 있다.
그리고, 상술한 일 구현예의 도전재 조성물에 포함되는 분산제는 산화제의 존재 하에, 분자량 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물을 산화하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 제조 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 이하와 같다.
이미 상술한 바와 같이, 석유 또는 석탄 등 화석 연료의 정제 과정에서 찌꺼기 등으로 배출되는 피치는 폴리 방향족 탄화수소를 복수 종 포함하는 점성 있는 혼합물 형태를 띨 수 있다. 물론, 피치의 원료나 유래 등에 따라 상기 폴리 방향족 탄화수소의 구체적 종류, 구조, 조성비 또는 분자량 분포 등이 달라질 수 있지만, 상기 피치는, 예를 들어, 5 내지 50 개의 방향족 고리, 예를 들어, 벤젠 고리가 구조 중에 포함된 폴리 방향족 탄화수소를 복수 종 포함할 수 있으며, 대체로 분자량 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제의 제조 방법에서 출발 물질로 사용되는 분자량 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물(예를 들어, 피치)은 이러한 분자량 범위의 폴리 방향족 탄화수소들을 약 80 중량% 이상, 혹은 약 90 중량% 이상의 함량으로 포함할 수 있다.
그런데, 이러한 피치 등 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물에 대해 산화제를 사용한 산화 공정을 거치게 되면, 상기 피치에 포함된 폴리 방향족 탄화수소들 중에 지나치게 큰 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들이 분해되고, 비교적 좁은 분자량 분포를 갖는 폴리 방향족 탄화수소들의 혼합물이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 약 1000, 혹은 약 700을 초과하는 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들이 작은 분자량을 갖는 것으로 분해될 수 있다. 또한, 이와 함께 각 폴리 방향족 탄화수소의 방향족 고리에 하나 이상의 산소 함유 작용기가 도입되면서, 폴리 방향족 탄화수소 산화물들을 복수 종 포함하는 혼합물, 다시 말해서 상술한 분산제가 매우 간단하게 제조될 수 있다.
이러한 분산제의 제조 방법에서, 산화제는 그 종류가 특히 제한되지 않고 방향족 탄화수소에 산소 함유 작용기를 도입하는 산화 반응을 일으킬 수 있는 것이라면 별다른 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 이러한 산화제의 구체적인 예로는, 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 과산화수소(H2O2), 암모늄 세륨 (IV) 황산염 (Ammonium cerium(IV) sulfate; (NH4)4Ce(SO4)4) 또는 암모늄 세륨 (IV) 질산염 (Ammonium cerium(IV) nitrate; (NH4)2Ce(NO3)6) 등을 들 수 있고, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있음은 물론이다.
그리고, 이러한 산화 단계는 수용매 내에서, 약 10 내지 90℃의 반응 온도 하에 약 0.5 내지 20 시간 동안 진행될 수 있다. 구체적인 예에서, 황산 및/또는 질산 등의 용액상 산화제의 존재 하에, 상기 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물을 일정량 첨가하고, 상온, 예를 들어, 약 20℃ 혹은 80℃에서 약 1 내지 12 시간 동안 상기 산화 단계를 진행할 수 있다. 이러한 산화 단계의 반응 온도 또는 시간 등을 조절함에 따라, 상술한 분산제의 특성, 예를 들어, 폴리 방향족 탄화수소들이 산화되는 정도 등을 적절히 조절하여 원하는 특성을 갖는 분산제를 제조할 수 있다.
또한, 이미 상술한 바와 같이, 상기 제조 방법의 출발 물질로 되는 분자량 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물은 화석 연료 또는 이의 산물로부터 얻어진 피치(pitch)에서 유래할 수 있으며, 이러한 원료 등의 종류에 따라, 상기 폴리 방향족 탄화수소들의 종류, 구조 또는 분자량 분포 등은 서로 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 피치 등에서 유래한 분자량 200 내지 1500의 폴리 방향족 탄화수소들을 포함한 혼합물에 대해 산화 공정을 진행함에 따라, 탄소계 소재에 대해 우수한 분산력을 나타내는 상술한 분산제가 간단히 제조될 수 있다.
한편, 상술한 제조 방법은, 산화 단계 후에, 그 결과물을 정제하여 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물의 혼합물을 얻는 단계를 더 포함할 수 있고, 이러한 정제 단계는 산화 단계의 결과물을 원심분리하는 단계를 포함하여 진행될 수 있다. 이러한 정제 단계의 진행으로, 이미 상술한 분자량 분포 등을 충족하는 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물, 즉, 상술한 분산제를 보다 순도 높고 적절하게 얻을 수 있으며, 상기 분산제를 사용해 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시킬 수 있다.
한편, 상술한 분산제 등을 포함하는 일 구현예의 도전재 조성물은 분말상 또는 입자 상태의 탄소 나노 튜브와, 이러한 탄소 나노 튜브 분말 또는 입자 표면에 존재하는 분산제를 포함할 수 있다. 즉, 상기 분산제는 각 탄소 나노 튜브 분말 상에 π-π 상호 작용 등에 의해 흡착되어 존재하며, 이러한 π-π 상호 작용 및 반발력 등을 통해 분말상 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시킬 수 있다. 따라서, 별도의 액상 매질 없이도 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산된 분말상 도전재 조성물을 후술하는 전극 형성용 슬러리 조성물의 다른 성분과 혼합하여 상기 슬러리 조성물 및 전극을 얻을 수 있다. 이에 따라, 공정성을 보다 향상시키면서 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브가 균일하게 분산 및 포함된 전극 형성용 슬러리 조성물 및 전극을 제조하는 것이 가능해 진다.
또, 상기 일 구현예의 도전재 조성물은 상기 탄소 나노 튜브의 100 중량부를 기준으로, 분산제의 약 5 내지 30 중량부, 혹은 약 10 내지 20 중량부, 혹은 약 15내지 30 중량부를 포함할 수 있다. 이러한 분산제의 함량 범위에 따라 다양한 표면적을 갖는 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산시킬 수 있다.
상술한 일 구현예의 도전재 조성물은 다양한 전지의 전극 형성을 위해 사용될 수 있으며, 예를 들어, 리튬 이차 전지의 전극 슬러리 조성물에 포함되어 리튬 이차 전지의 양극 또는 음극 등의 전극 형성을 위해 사용될 수 있다.
이에 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 도전재 조성물을 포함한 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물이 제공된다. 이러한 슬러리 조성물은 전극 활물질, 상술한 일 구현예의 도전재 조성물, 결합제 및 용매를 포함할 수 있다.
이러한 전극 형성용 슬러리 조성물은 상술한 분말상 도전재 조성물을 활물질, 결합제 및 용매 등의 다른 성분과 혼합하여 제조될 수 있다. 특히, 탄소 나노 튜브의 분말이 그 자체로 균일하게 분산된 도전재 조성물을 사용하여 얻어짐에 따라, 고농도로 균일하게 분산된 탄소 나노 튜브 도전재를 포함할 수 있고, 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브를 균일하게 분산된 상태로 포함하는 전극을 얻을 수 있다.
다만, 상기 다른 구현예의 슬러리 조성물은 상기 일 구현예의 도전재 조성물을 사용함을 제외하고는, 통상적인 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물의 조성 및 제조 방법에 따를 수 있다.
예를 들어, 상기 슬러리 조성물은 양극 활물질 또는 음극 활물질의 전극 활물질을 포함할 수 있고, 양극 활물질로는 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 금속 산화물, 리튬 복합 금속 산화물, 리튬 복합 금속 황화물 또는 리튬 복합 금속 질화물 등이 사용될 수 있다. 또, 음극 활물질로는 리튬 금속이나 리튬 합금; 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유, Si, SiOx, Sn 또는 SnO2 등과 같이 이전부터 리튬 이차 전지의 음극 활물질로 사용 가능한 것으로 알려진 임의의 리튬 또는 이의 합금이나, 탄소계 또는 실리콘계 소재 등이 별다른 제한 없이 모두 사용될 수 있다.
또한, 상기 결합제로는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리(스티렌-부타디엔) 공중합체, 알지네이트 및 폴리도파민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 수지 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 용매로는 물, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란 및 데칸으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 용매 또는 2 종 이상의 혼합 용매를 사용할 수 있다.
한편, 상술한 다른 구현예의 슬러리 조성물은 용매를 제외하고, 전극 활물질, 도전재 조성물 및 결합제를 합한 고형분의 총 함량 100 중량부에 대해, 전극 활물질의 약 70 내지 98 중량부와, 도전재 조성물의 약 0.1 내지 15 중량부와, 결합제의 약 1.0 내지 20 중량부를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 슬러리 조성물은 상술한 도전재 조성물을 포함함에 따라, 탄소 나노 튜브를 포함한 도전재를 전체 고형분 대비 약 10 중량부에 이르는 높은 함량으로서 포함할 수 있으며, 이러한 슬러리 조성물 내에서 상기 탄소 나노 튜브가 고농도로 균일하게 분산된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 이러한 슬러리 조성물을 이용해, 탄소 나노 튜브를 높은 함량으로 균일하게 분산된 상태로서 포함하고, 보다 우수한 전기적 특성 등을 나타내는 전극 및 전지를 제조할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 도전재 조성물 및 전극 형성용 슬러리 조성물을 사용해 얻어지는 리튬 이차 전지가 제공된다. 이러한 리튬 이차 전지는 집전체와, 음극 활물질, 도전재 및 결합제를 포함하고 상기 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극; 집전체와, 양극 활물질, 도전재 및 결합제를 포함하고 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극; 및 전해질을 포함하고, 상기 음극 활물질층 또는 양극 활물질층에 포함된 도전재의 적어도 하나는 상술한 일 구현예의 도전재 조성물을 포함하는 것일 수 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 전극에 보다 높은 함량의 탄소 나노 튜브가 도전재로서 균일하게 분산된 상태로 포함될 수 있다. 따라서, 이러한 전극 자체의 전기적 특성이 보다 향상될 수 있고, 탄소 나노 튜브를 도전재로 사용함에 따른 장점을 극대화하여 향상된 전기적 특성, 용량 특성 및 수명 특성 등을 나타내는 리튬 이차 전지 등 전지를 제공할 수 있게 된다. 그 결과, 본 발명은 리튬 이차 전지 등 각종 전지의 고용량 특성을 구현하는데 크게 기여할 수 있다.
한편, 상기 리튬 이차 전지는 도전재로서 일 구현예의 도전재 조성물을 사용함을 제외하고는, 통상적인 리튬 이차 전지의 구성에 따를 수 있으므로, 이에 관한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
실시예 1: 분산제의 제조
포스코로부터 입수한 석유 부산물인 피치(pitch)에 대해 다음과 같은 산화 공정 및 정제 공정을 진행하여 실시예 1의 분산제를 제조하였다.
먼저, 황산/질산의 혼합 용액 (부피비 3:1)의 75 ml에 피치 0.5 내지 1.5 g을 첨가하고, 약 70℃에서 약 3.5 시간 동안 산화 반응을 진행하였다.
이후, 상기 산화 반응이 진행된 피치 반응 용액을 상온으로 냉각시킨 후, 5배 가량 증류수로 희석시킨 다음, 약 3500 rpm에서 30분간 원심분리하였다. 이어서, 상등액을 제거하고, 동일량의 증류수를 넣고 재분산한 후에, 동일 조건에서 다시 원심분리하여 최종적으로 침전물을 회수하고 건조하였다. 이를 통해, 실시예 1의 분산제를 제조하였다.
먼저, 이러한 분산제의 제조 과정 중 원료로 사용된 피치의 분자량 분포를 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여 도 1a 및 도 1b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)에 도시하였고, 실시예 1의 분산제의 분자량 분포를 마찬가지로 분석하여 도 2a 및 도 2b(분자량 400 내지 500 영역의 확대도)에 도시하였다. 이러한 분석은 MALDI-TOF mass spectrum 장비 (Ultraflex II, Bruker)를 사용하여, 상기 피치 또는 분산제를 matrix에 넣고 혼합한 후에 건조하여 진행하였다.
상기 도 1a 및 도 1b(확대도)를 참고하면, pitch의 경우 분자량 200 내지 1500의 분자량을 갖는 폴리 방향족 탄화수소들을 포함하는 것으로 확인되었고, 특히 도 1b의 확대도에서 분자량 14Da 간격으로 큰 피크들이 검출되는 것으로부터 서로 다른 개수의 방향족 고리(벤젠 고리)들을 갖는 복수 종의 폴리 방향족 탄화수소들이 aliphatic hydrocarbon에 의하여 연결되어 있음이 확인되었다. 이에 비해, 도 2a 및 도 2b(확대도)를 참고하면, 실시예 1의 분산제는 폴리 방향족 탄화수소들에 각각 44Da과 16D의 간격으로 존재하는 큰 피크들이 관찰되었는데 이는 이러한 방향족 탄화수소들에 -COOH 또는 -OH 등 산소 함유 작용기들이 도입된 폴리 방향족 탄화수소 산화물들의 혼합물 형태로 존재함을 증명하는 것으로, 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700의 분자량을 갖는 산화물들이 60 중량% 이상으로 포함됨이 확인되었다.
또한, 상기 원료로 사용된 pitch (상단) 및 실시예 1의 분산제 (하단)를 각각 13C CPMAS NMR (Varian 400MHz Solid-State NMR)로 분석하여, 그 분석 결과를 도 3에 비교하여 나타내었다. 도 3을 참고하면, pitch에서는 방향족 탄화수소의 탄소 유래 피크와, 일부 지방족 탄화수소의 탄소 유래 피크가 확인되었으나, 산소 함유 작용기의 존재는 확인되지 않았다. 이에 비해, 실시예 1의 분산제에 대한 NMR 분석 결과, 산소 함유 작용기의 피크가 확인되었다. 이러한 산소 함유 작용기의 종류는 에폭시기, 히드록시기 또는 카르복시기 등인 것으로 확인되었다.
부가하여, 상기 원료로 사용된 pitch 및 실시예 1의 분산제를 각각 분말 상태로서 FT-IR (Agilent 660-IR)로 분석하여 그 분석 결과를 도 4에 비교하여 나타내었다. 이러한 도 4를 통해서도, 실시예 1의 분산제에서 산소 함유 작용기의 피크가 생성됨을 확인하였다.
실시예 2 내지 4: 분산제의 제조
포스코로부터 입수한 석유 부산물인 피치(pitch; 단, 실시예 1과는 다른 샘플의 피치 사용)를 사용하고, 산화 반응 시간을 각각 1 시간(실시예 2), 3.5 시간(실시예 3) 및 7 시간(실시예4)으로 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하여 실시예 2 내지 4의 분산제를 각각 제조하였다.
이러한 분산제를 실시예 1과 동일한 방법으로 MALDI-TOF mass spectrum으로 분석하여, 도 5에 비교하여 함께 나타내었다. 도 5를 참고하면, 산화 시간의 증가에 따라, 분산제 중 분자량 약 1000, 혹은 약 700 초과의 성분(폴리 방향족 탄화수소 산화물)의 함량이 줄어들어, 분자량 약 300 내지 1000, 혹은 약 300 내지 700의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 보다 높은 함량으로 포함하는 혼합물 형태의 분산제가 얻어짐이 확인되었다.
시험예 1: 분산제의 산소 함량 측정
실시예 3 및 4에서 얻어진 분산제 시료약 1mg을 얇은 호일 위에서 약 900℃ 내외의 고온으로 가열하였다. 이때, 호일이 순간적으로 녹으면서 그 온도가 약 1500 내지 1800℃까지 상승하였으며, 이러한 고온에 의해 상기 시료로부터 기체가 발생하였다. 이러한 기체를 포집 및 원소 분석하여 탄소, 산소, 수소 및 질소의 각 원소 함량을 측정 및 분석하였다. 이러한 분석 결과는 각 분산제 제조를 위해 사용된 피치에 대한 분석 결과와 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.
시료명 C(wt%) H(wt%) N(wt%) O(wt%)
pitch 95.5 4.5 - -
실시예3 40.0 1.8 7.6 38.0
실시예4 40.0 1.5 7.8 39.2
상기 표 1을 참고하면, 실시예 3 및 4의 분산제 중에는, 각 원소의 함량을 분석하였을 때 산소의 함량이 전체 원소 함량의 약 12 내지 50 중량%, 혹은 약 30 내지 40 중량%로 됨이 확인되었다.
실시예 5 내지 8: 도전재 조성물의 제조
증류수, 에탄올, 아세톤, THF, 또는 NMP 등의 극성 유기용매 중 선택된 용매 3L에 실시예 1 내지 4의 분산제 3.0 g을 넣고 sonication을 통하여 재분산한 후에, 탄소 나노 튜브 10.0 g을 분산제 용액에 넣고 다시 한 시간 정도 sonication을 진행하였다. 이어서, 이러한 탄소 나노 튜브 용액을 8000 rpm에서 원심분리하고, 분산제-탄소 나노 튜브 침전물을 회수 및 건조하여 탄소 나노 튜브 분말형 도전재 조성물을 제조하였다.
실시예 9 내지 12: 전극 및 리튬 이차 전지의 제조
음극 활물질로 흑연과 탄소코팅된 SiO를 사용하고, 결합제로 SBR (styrene-butadiene rubber)를 사용하며, 증점제로 CMC (carboxymethyl cellulose)를 사용하고 상기 실시예 5 내지 8의 도전재 조성물을 사용하며, 이들의 중량비가 흑연:SiO: SBR:CMC:도전재 조성물이 90:5:2:2:1로 되게 혼합하여 전극 형성용 슬러리 조성물을 제조하였다. 이러한 슬러리 조성물을 사용하여 구리 집전체의 일면에 65 um의 두께로 코팅하고, 건조 및 압연한 후 필요한 크기로 펀칭하여 음극을 제조하였다. 이러한 음극을 사용하고, 통상적인 방법으로 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 각 제조하였다.
실시예 5의 도전재 조성물을 사용한 실시예 9의 슬러리 조성물에서, 활물질 (Graphite) 표면에 분산되어 있는 도전재 조성물 중의 탄소 나노 튜브의 분포를 SEM으로 분석 및 확인하여 도 6a 및 6b에 각각 나타내었다. 이러한 도 6a 및 6b를 참고하면, 고함량의 탄소 나노 튜브가 보다 균일하게 분산된 상태로 포함되어 있음이 확인되었다.
시험예 2: 리튬 이차 전지의 특성 평가
실시예 9에서 제조된 리튬 이차 전지의 수명 특성 및 고율 특성을 평가하였으며, 이와 함께 실시예 5의 도전재 조성물 대신 분말상 탄소 나노 튜브를 사용해 제조된 비교예의 전극 및 리튬 이차 전지를 동일한 방법으로 평가하여 도 7a 및 7b에 나타내었다.
도 7a 및 도 7b를 참고하면, 실시예에서 제조된 리튬 이차 전지는 보다 우수한 수명 특성 및 고율 특성을 나타냄이 확인되었다.

Claims (15)

  1. 탄소 나노 튜브; 및
    복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 포함하되, 분자량 300 내지 1000의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 60 중량% 이상의 함량으로 포함하는 분산제를 포함하며,
    복수 종의 폴리 방향족 탄화수소 산화물을 원소 분석하였을 때, 산소 함량이 상기 분산제의 전체 원소 함량의 12 내지 50 중량%인 도전재 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 탄소 나노 튜브 분말과, 탄소 나노 튜브 분말 표면에 존재하는 분산제를 포함하는 분말상 도전재 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 폴리 방향족 탄화수소 산화물은 5 내지 30개의 벤젠 고리가 포함된 방향족 탄화수소에 산소 함유 작용기가 하나 이상 결합된 구조를 갖는 도전재 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 방향족 탄화수소는 7 내지 20개의 벤젠 고리를 구조 내에 갖는 도전재 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서, 산소 함유 작용기는 히드록시기, 에폭시기, 카르복시기, 니트로기 및 설폰기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 도전재 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 탄소 나노 튜브의 100 중량부를 기준으로, 분산제의 1 내지 50 중량부를 포함하는 도전재 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 전지의 전극 형성을 위해 사용되는 도전재 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 리튬 이차 전지의 전극 슬러리 조성물에 포함되는 도전재 조성물.
  10. 전극 활물질, 제 1 항의 도전재 조성물, 결합제 및 용매를 포함하는 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서, 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서, 결합제는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리(스티렌-부타디엔) 공중합체, 알지네이트 및 폴리도파민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물.
  13. 제 10 항에 있어서, 용매는 물, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란 및 데칸으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물.
  14. 제 10 항에 있어서, 전극 활물질, 도전재 조성물 및 결합제를 합한 고형분의 총 함량 100 중량부에 대해,
    전극 활물질의 70 내지 98 중량부와,
    도전재 조성물의 0.1 내지 15 중량부와,
    결합제의 1.0 내지 20 중량부를 포함하는 리튬 이차 전지의 전극 형성용 슬러리 조성물.
  15. 집전체와, 음극 활물질, 도전재 및 결합제를 포함하고 상기 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극;
    집전체와, 양극 활물질, 도전재 및 결합제를 포함하고 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극; 및
    전해질을 포함하고,
    상기 음극 활물질층 또는 양극 활물질층에 포함된 도전재의 적어도 하나는 제 1 항의 도전재 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지.
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