본 기술은 실리콘 음극의 구조적 안정성과 접착력을 개선하기 위해 하이드록실(-OH)기와 설포네이트(-SO3-)기를 지닌 람다 카라기난(Lambda Carrageenan)을 수계 바인더로 도입한 기술입니다. 하이드록실기는 실리콘과 수소 결합을 이루어 접착력을 강화하고, 설포네이트기는 리튬 이온 전도도를 향상시킵니다.
실리콘 음극은 충·방전 시 최대 400%에 달하는 부피 팽창을 겪어 입자 분쇄, 전기적 고립, 전해질과의 부반응, 전극 구조 열화, 낮은 초기 효율과 용량 감소가 나타나는 문제가 있었습니다. 또한 기존 합성 고분자 바인더는 유기용매를 사용해야 하므로 환경적·공정적 제약이 존재했습니다.
본 기술은 천연 다당류 고분자인 람다 카라기난을 수계 바인더로 채택해 전극 제조 과정에서 유기용매를 배제하고, 하이드록실기와 설포네이트기가 실리콘 입자와 강한 수소 결합 및 이온 전도성 네트워크를 형성하도록 구성됩니다. 이를 통해 부피 팽창에 따른 구조 변형을 억제하고 집전체와의 접착력을 높입니다. NMP 등 유기용매 사용을 줄이려는 친환경 음극 생산 공정과 실리콘 나노입자 기반 고용량 셀에 적용될 수 있어 용매 회수 설비 부담을 덜면서 해조류 유래 저가 소재로 원가 경쟁력을 확보할 수 있습니다.
WO2023-243955A1
