공중합체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 실리콘 음극용 고분자 바인더, 상기 실리콘 음극용 고분자 바인더를 포함하는 실리콘 음극 및 상기 실리콘 음극을 포함하는 리튬이온전지

디엘스-알더 가교 자가복원 공중합체 기반 고용량 실리콘 음극 바인더

본 기술은 실리콘 음극의 부피 팽창을 완화하기 위해 푸르푸릴아민으로 개질한 폴리아크릴산 주쇄와 비스말레이미드 측쇄를 디엘스-알더 반응으로 중합하여, 자가복원성과 기계적 강도가 뛰어난 3차원 네트워크 구조의 공중합체를 합성하는 기술입니다.

실리콘 음극은 충·방전 때마다 부피가 크게 팽창하고 수축하면서 입자가 분쇄되는 문제가 있었습니다. 그 결과 전기적 접촉이 끊기고 SEI층이 불안정해지며 전극이 박리되어 수명과 용량이 급격히 떨어지는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 푸르푸릴아민 개질 폴리아크릴산(PFM)과 비스말레이미드(BMI) 가교제를 디엘스-알더 반응으로 결합한 공중합체를 바인더로 사용하여, 부피 변화로 생긴 손상을 스스로 회복하고 강한 수소 결합과 3차원 네트워크로 실리콘 입자와 집전체 사이의 결착을 붙잡아 두도록 구성됩니다. 실리콘 함량을 높인 고용량 음극과 급속충전형 모바일 기기 배터리에 적용될 수 있어, 200 사이클 동안 92% 이상의 쿨롱효율을 유지하며 전극 박리를 늦출 수 있습니다.

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Key Features:

• 폴리아크릴산 및 푸르푸릴아민이 1:0.05 내지 0.9 몰비로 포함된 푸르푸릴아민 개질 폴리아크릴산 주쇄
• 주쇄의 곁가지에 결합되어 가교제로 작용하며 주쇄 대비 0.1~15 중량%로 포함되는 비스말레이미드 측쇄
• 푸르푸릴아민 개질 폴리아크릴산 용액에 비스말레이미드계 가교제를 투입하고 디엘스-알더 반응으로 가교시켜 공중합체를 수득하는 단계
• 실리콘계 음극 활물질과 공중합체 기반 고분자 바인더를 포함하여 쿨롱효율 92% 이상을 나타내는 실리콘 음극

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