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1. 바인더란?
- 활물질과 도전재가 잘 섞여서 집전체에 균일하게 도포되고, 소재들의 결착력을 높여주는 역할
- 배터리의 충-방전이 반복되면 음극재의 부피 변화가 생겨 소재들의 결착력이 중요하게 작용
- 따라서 리튬이온의 삽입-탈리에 따른 활물질의 팽창과 수축에 대한 완충 작용으로 사용
2. 바인더의 종류 1 - 유기계 바인더 poly (vinylidene fluoride) (PVdF)
- PVdF는 일반적으로 양극과 음극을 위한 바인더로 널리 이용되고 있음
- 불소수지의 일종으로, 열가소성과 극성용매에 용해되는 성질을 가지는 비닐 중합체
- 일반 고분자에 비해 비유전율이 높고, 극성 용매로 팽윤된 상태에서 전도성을 가짐.
- N-methyl-2-pyrrolidonde (NMP) 유기용매를 사용하여 바인더로 사용
- PVdF 바인더는 입자 사이를 선으로 연결하여 접착력을 유지하는 선 접촉형 바인더
- PVdF계는 분자량 증가에 따라 결착력이 증가하나, 점도 또한 증가하여 슬러리 분산 문제가 발생
3. 바인더의 종류 2 - 수계 바인더 (SBR), (CMC)
- SBR(srtrene-buradiene rubber)와 CMC(carboxymethyl celllulose) 혼합 바인더가 음극용 바인더로 기존 PVdF를 대체하고 있음
- diene계 합성고무로서 매우 유연하고 활물질 및 도전재 입자사이를 최소한의 접착으로 결착시킴
- 용량 및 에너지 밀도를 극대화하기 위해 활물질의 함량은 높이고 바인더의 함량은 줄이는 과정에서 PVdF계보다 결착 특성이 우수한 것으로 알려짐
- SBR/CMC 바인더는 입자 사이를 점으로 연결하여 접착력을 유지하는 점 접촉형 바인더
- SBR 입자는 활물질 사이의 점 접촉 형태를 적은 양으로도 뛰어난 결착 성능을 보여줌
4. 바인더의 종류 3 - 양극재용 차세대 바인더 polytetra fluoroethylene (PTFE)
- 미국의 Dupont사에 의해 개발되었으며, 일상생활에 테플론이라는 이름으로 사용
- C-F 결합으로 인해 우수한 내열성 및 내구성을 가지고 있음
- 용매를 사용하지 않는 건식 전극을 위한 바인더로 사용
- PTFE는 고분자 분말간 응력을 가하면 Fibrillation (섬유화현상) 발생. 전극 제조에 적용하여 용매 없이 활물질과 도전재를 균일하게 섞어주는 역할
5. 바인더의 종류 4 - 음극재용 차세대 바인더, polyacrylic acid (PAA)가 그라프트된 CMC
- 바인더는 크게 선형, 가지형 그리고 가교형 고분자 물질로 나뉨
- 구조에 따라서 실리콘 음극의 체적 변화에 따른 기계적 응력을 제어할 수 있는 성능이 다름
- 특히 가지형 구조의 바인더는 팽창으로 인한 기계적 응력을 분산시키기에 용이 -> 실리콘 음극 부피 변화 억제
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