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1. 유기 용매에 녹는 유기계 바인더
- 바인더는 전극 기재 (= 집전체)에 활물질과 도전재를 물리적으로 결합시켜 안정화시키는 일종의 접착제 역할
- 유기용매에 녹는 바인더를 유기계 바인더, 비수계 바인더라고 부르며, 일반적으로 고분자 소재를 사용
- 가장 많이 사용하는 유기계 바인더는 PVDF (Polyvinylidene fluoride)로 리튬 이온 전지의 양극, 음극에서 둘다 사용
2. 유기계 바인더, PVDF (Polyvinylidene fluoride)
- PVDF는 불소계 고분자로 강한 산화-환원 저항을 가지고 있으며 열적 안정성이 뛰어나며 결합력이 우수
- 습식공정에서 양극 바인더로 주로 사용하고 유기용매인 NMP에 녹여서 사용
- 일반 고분자에 비해 비유전율이 높으며 극성 용매에서는 리튬이온 전도성을 가짐
3. 유기계 바인더, PAA (Polyacrylic acid)
- PAA는 카복실기 (-COOH)를 가진 유기 산으로 활물질과 집전체 사이에 강한 수소 결합이 가능하여 접착력이 우수한 바인더
- LFP 양극, 흑연 음극, Sn, Si 합금을 위한 바인더로 연구가 많이 되어왔으며, 유기용매인 NMP 또는 수계 용매인 물에 녹여 사용
- 고분자 바인더 중 우수한 열 확산도를 가져, 고온에서 밖으로 빠른 열 확산이 가능하기에 PVDF, CMC 바인더 사용 배터리보다 배터리 안정성 문제가 적음
4. 유기 용매의 특징
- 유기 용매는 바인더를 용해시킨 후 증발시키면, 바인더가 활물질, 도전재 표면을 감싸 접착력을 가지게 되는 원리이며, 용매에 일정 크기로 분산된 에멀젼 또는 현탁액 상태의 바인더를 사용하는 경우가 많음
- 유기용매 종류: NMP, DMC, DMSO (Dimethyl sulfoxide, 용매 사용 시 황 불순물 삽입으로 NCM 양극 성능 저하)
- NMP는 PVDF 바인더와 상온 용해성 및 고온 내열성 등 장점을 가져 유기용매로 주로 사용
- NMP는 가격이 비싸고, 독성 및 휘발성을 가져 환경오염을 줄이기 위해 NMP 회수 공정 필요
5. 유기 용매에 녹는 유기계 바인더의 코팅 관련 특징
- 건조 과정에서 유기용매에 휘발되며 겔 형성 과정 거치며 용매가 갇히는 (solvent-impermeable) 공간 발생
- 불균형한 코팅층이 생겨 전지 특성 감소.
- 바인더 농도가 높아질수록 슬러리 점도가 매우 높아져 박막 코팅층 제조를 어렵게 만들며, 통기성이 낮아지고 끓는점이 높아져 건조 시 높은 온도가 필요
- 반대로 바인더 농도가 낮아질수록 슬러리 점도가 낮아져 전극과 슬러리의 접착력 감소 및 입자들이 쉽게 탈리될 수 있으므로 적절한 바인더 농도를 가진 슬러리를 만들어야 함
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