KR101605680B1 - 음극 합제의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 이차전지 - Google Patents

음극 합제의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 이차전지용 음극 합제의 제조방법으로서, (a) 제 1 증점제와 도전재를 혼합하는 단계; (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 음극 활물질을 투입하여 혼합하는 단계; (c) 상기 단계(b)의 혼합물에 제 2 증점제와 용매를 투입하여 혼합하는 단계; 및 (d) 상기 단계(c)의 혼합물에 바인더를 투입하여 혼합하는 단계;를 포함하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 음극 합제, 및 상기 음극 합제를 포함하는 이차전지를 제공한다. 상기 방법으로 제조된 음극 합제를 포함하는 이차전지는 음극의 접착력이 우수하여 수명특성이 우수하다는 장점이 있다.

Description

음극 합제의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 이차전지 {Method for Preparation of Anode Mixture and Secondary Battery Prepared by the Same}
본 발명은 이차전지용 음극 합제의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, (a) 제 1 증점제와 도전재를 혼합하는 단계, (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 음극 활물질을 투입하여 혼합하는 단계, (c) 상기 단계(b)의 혼합물에 제 2 증점제와 용매를 투입하여 혼합하는 단계, 및 (d) 상기 단계(c)의 혼합물에 바인더를 투입하여 혼합하는 단계를 포함하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.
리튬 이차전지는 전류 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등이 사용되고 있고, 음극 활물질로는 탄소재료가 주로 사용되고 있고, 규소 화합물, 황 화합물 등의 사용도 고려되고 있다.
이러한 음극 활물질 층을 집전체에 형성하는 방법으로는 음극 활물질 입자와 바인더를 용매에 분산시킨 음극 합제를 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. 이 때, 상기 바인더는 음극 활물질 입자들끼리의 결착은 물론, 음극 활물질 입자와 집전체 사이의 결착을 유지시키는 기능을 수행한다.
리튬 이차전지의 바인더로 일반적으로 사용되었던 폴리비닐리덴 플루오라이드 고분자는 전기화학적으로 안정하다는 장점이 있지만, NMP(N-methyl-2-2-pyrrolidone)와 같은 유기용매에 용해시켜 음극 활물질 슬러리로 제조해야 하는 환경적인 문제점이 있다. 이에 따라 최근에는 물을 분산매로 사용하고 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무와 같은 합성고무를 이용하여 음극 활물질층을 형성하는 방법이 이용되고 있다.
그러나, 합성고무계 바인더는 점접착 특성을 나타내므로, 접촉 면적이 좁아, 그 함량이 충분치 않을 경우 집전체로부터 음극 활물질의 탈리가 일어나게 된다. 또한, 합성고무계 바인더는 물에 분산되는 구형의 바인더이므로, 음극 슬러리 제조시 점도가 낮아 음극 활물질층을 형성하는데 어려움이 있다. 이에 따라, 슬러리의 점도를 증가시키기 위하여 증점제를 추가로 사용하고 있지만, 소망하는 접착력을 달성하지 못하고 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 특정한 제조방법으로 음극 합제를 제조하는 경우, 음극의 접착력이 향상되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 음극 합제의 제조방법은,
(a) 제 1 증점제와 도전재를 혼합하는 단계;
(b) 상기 단계(a)의 혼합물에 음극 활물질을 투입하여 혼합하는 단계;
(c) 상기 단계(b)의 혼합물에 제 2 증점제와 용매를 투입하여 혼합하는 단계; 및
(d) 상기 단계(c)의 혼합물에 바인더를 투입하여 혼합하는 단계;
를 포함하고 있다.
일반적으로, 음극 합제를 제조하는 경우, 증점제를 한 번에 물과 함께 혼합하여, 도전재, 활물질 등과 혼합하는 액상 혼합(liquid mixing) 방식을 주로 사용하여 왔다. 하지만, 이렇게 제조된 이차전지용 음극 합제는 음극으로 제조 시 전극의 접착력이 소망하는 수준으로 발휘되지 않는 문제가 있어왔다.
이에, 본 발명자들은 제조 공정을 일부 변화시킴으로써, 접착력이 보다 우수한 음극을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
구체적으로, 본 발명에서는 증점제를 2회에 걸쳐 나눠서 투입하는 음극 합제의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 제 1 증점제와 도전재를 먼저 혼합하고, 여기에 음극 활물질을 혼합한 후, 제 2 증점제와 용매, 그리고 바인더를 투입하여 혼합하는 과정으로 음극 합제를 제조한다.
이 경우, 일반적인 액상 혼합(liquid mixing) 방식과 달리 과정 초기에 용매가 투입되지 않아 현탁 혼합(suspension mixing) 방식으로 진행된다.
이러한 공정을 통해 제조되는 음극의 접착력이 우수한 이유에 대해서는 명확하게 밝혀진 바가 없다. 아마도, 상기 현탁 혼합(suspension mixing) 과정에서 증점제의 분산이 더욱 효과적으로 진행되어 활물질과 접촉하는 증점제의 비율이 높아지기 때문에 음극의 접착력이 상승되는 것으로 추측한다.
상기 단계(a)에서 투입되는 제 1 증점제는 전체 증점제 중량 대비 50 중량% 미만일 수 있다. 초기 투입량이 너무 많으면 기존 방식과의 차별화가 크지 않으므로 소망하는 효과를 얻기 어렵다. 상기와 같은 이유로, 바람직하게는 상기 제 1 증점제는 전체 증점제 중량 대비 35 중량% 이하일 수 있다.
상기 제 1 증점제 및 제 2 증점제는 증점제로서의 역할을 할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용이 가능하다. 바람직하게는, 제 1 증점제와 제 2 증점제는 동일한 물질일 수 있다.
상기 제 1 증점제와 제 2 증점제의 예로는 폴리에틸렌 글리콜, 셀룰로오스, 폴리아크릴아미드, 폴리(N-비닐아미드) 및 폴리(N-비닐피롤리돈)과 같은 비이온성 폴리머일 수 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 글리콜 및 카복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 셀룰로오스일 수 있다. 상기 물질들 중에서도 CMC가 특히 바람직하다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소계 물질; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소계 물질의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소계 물질, 주석계 물질, 규소계 물질, 또는 규소-탄소계 물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다. 특히 바람직하게는, 상기 음극 활물질은 탄소계 물질일 수 있다.
상기 용매로, 예전에는 NMP를 주로 사용하였으나, 환경적인 문제로 인하여 최근에는 물을 용매로 사용한다.
이에 따라, 바인더도 예전에는 PVdF, PTFE 등을 주로 사용하였으나, 최근에는 용매로 물을 사용하는 경우에 사용이 가능한 수계 바인더를 사용할 수 있다. 이러한 수계 바인더의 예로는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 들 수 있지만 그것만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 및 제 2 증점제의 총량은 음극 합제 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 증점제의 양이 너무 많으면 음극 합제의 점도가 너무 높아져서 집전체에 도포하기가 어려울 수 있으며, 반대로, 너무 적은 경우에는 점도가 너무 낮아서 층을 형성하기가 어려울 수 있으므로 바람직하지 않다. 상기와 같은 이유로, 상기 제 1 및 제 2 증점제의 총량은 음극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 3 중량% 범위로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 용매는 음극 합제 100 중량부를 기준으로 30 내지 70 중량부로 첨가될 수 있다. 용매의 양이 너무 많은 경우, 이후 건조 과정에서 오랜 시간을 요구하므로 전체 공정 효율성이 저하될 수 있고, 지나치게 낮은 점도로 인해 소정의 두께로 음극 합제층을 집전체 상에 도포하기 어려울 수 있다. 반대로, 용매의 양이 너무 적은 경우에는 상기 음극 합제가 원활하게 분산되지 못하고 도포 과정이 용이하지 않으므로 바람직하지 않다. 상기와 같은 이유로, 상기 용매는 음극 합제 100 중량부를 기준으로 40 내지 60 중량부로 첨가되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 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.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다.
이러한 바인더의 예로는, 앞서 설명한 PVdF, PTFE, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 이외에도 폴리비닐알코올, 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 음극 활물질, 도전재, 바인더, 증점제 이외에 선택적으로 충진제 등이 음극 합제에 더 포함될 수도 있다.
상기 충진제는 전극의 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 물질이 사용된다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조되는 이차전지용 음극 합제를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 음극 합제가 음극 집전체에 도포되어 있는 이차전지용 음극을 제공한다. 상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 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.
본 발명은 또한 상기 음극을 포함하는 이차전지를 제공하며, 상기 전지는 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 비수계 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질을 포함하는 양극 합제를 도포 및 건조하여 제작되며, 상기 양극 합제는 양극 활물질 이외에 선택적으로 도전재, 바인더, 충진제 등이 포함될 수 있다. 그 중 도전재, 바인더, 충진제 등은 앞서 설명한 바와 동일할 수 있으므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
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, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체는, 상기 음극 집전체에서와 마찬가지로, 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM’yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M’ = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다.
경우에 따라서는, 상기 분리막 위에는 전지의 안정성을 높이기 위하여 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수 있다. 이러한 겔 폴리머 중 대표적인 것으로 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로나이트릴 등이 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 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.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
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.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
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.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 사용하는 전지모듈 및 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 음극 합제를 제조하는 경우, 제조된 음극의 접착력이 매우 우수하여 수명특성이 우수한 이차전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실험예 1의 각 전극의 벗김 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
증점제로서 1 중량%의 CMC 용매에 도전재로서 카본블랙 0.86 g을 혼합한 후, 혼합물에 음극 활물질로서 NCK사의 소프트카본을 32 g 투입하여 혼합하였다. 그렇게 얻어진 혼합물에 1 중량%의 CMC 용매에 물 10 g을 투입하여 혼합한 후, 바인더로서 SBR 3.3 g을 투입하여 혼합함으로써, 이차전지용 음극 합제를 제조하였다.
<비교예 1>
CMC와 물을 첫 단계에서 모두 투입하여 도전재, 음극 활물질 및 바인더와 혼합하는 것을 제외하고는 각 성분의 함량은 실시예 1과 동일하게 하여 이차전지용 음극 합제를 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 음극 합제를 음극 집전체에 도포하고 건조하여 음극을 제조하였다. 이렇게 제조된 음극의 벗김 강도를 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1을 참조하면, 동일 함량의 성분들을 사용하여 음극을 제조하였음에도 불구하고, 실시예 1과 같은 방법으로 제조하는 경우에 벗김 강도가 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 전극의 접착력이 증가하였기 때문이다.
따라서, 충방전 과정에서 음극의 탈리로 인한 수명특성 및 출력 저하를 방지할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 이차전지용 음극 합제의 제조방법으로서,
    (a) 제 1 증점제와 도전재를 혼합하는 단계;
    (b) 상기 단계(a)의 혼합물에 음극 활물질을 투입하여 혼합하는 단계;
    (c) 상기 단계(b)의 혼합물에 제 2 증점제와 용매를 투입하여 혼합하는 단계; 및
    (d) 상기 단계(c)의 혼합물에 바인더를 투입하여 혼합하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 단계(a)에서 투입되는 제 1 증점제는 전체 증점제 중량 대비 50 중량% 미만이며,
    상기 제 1 증점제와 제 2 증점제는 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a)에서 투입되는 제 1 증점제는 전체 증점제 중량 대비 35 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 증점제와 제 2 증점제는 CMC, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴아미드, 폴리(N-비닐아미드) 및 폴리(N-비닐피롤리돈)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 활물질은 탄소계 물질인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는 물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더는 수계 바인더인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 증점제의 총량은 음극 합제 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 5 중량% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는 음극 합제 100 중량부를 기준으로 30 내지 70 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 합제의 제조방법.
  11. 삭제
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  16. 삭제
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