바인더(Binder)는 2차전지의 전극을 물리적으로 안정화시켜주는 소재로 활물질과 도전재를 집전체에 정착시켜주는 일종의 접착제다. 리튬이온 배터리의 음극재와 양극재 모두 바인더가 필요하고 양극용 바인더, 음극용 바인더가 있으나 국내는 한솔케미칼이 유일하게 음극바인더를 생산하고 양극바인더는 전부 일본기업 쿠레하(Kureha)로부터 수입했다. 앞으로 국내 켐트로스가 양극바인더에 진출 예정이지만 아직 양산까지는 시작하지 못한 것으로 좀 더 시간이 걸릴 것으로 예상된다.
실리콘 음극재의 대중화와 맞물려 바인더의 중요성이 부각되고 있다.
개요
바인더는 전극을 기계적으로 안정화하는 역할을 한다. 집전체에 슬러리를 균일하게 바르게 하며, 충방전이 반복적으로 진행될 때 활물질 또는 도전재 사이의 결합이 느슨해지는 것을 방지한다.
흑연 전극은 리튬이온의 삽입 반응이 진행되면 약 10% 정도 팽창하며, 리튬이온을 흑연에서 탈리시키면 수축한다. 이 과정이 반복되면 입자간 접촉 저항이 증가해 결과적으로 전극의 옴저항(ohmic resistance)이 상승해 전지 특성이 저하된다. 이러한 문제들은 전극의 기계적인 안정성이 저하됨으로써 발생하는데, 적절한 바인더의 사용으로 해결할 수 있다.
종류
리튬이온 배터리를 제작하기 위해선 기본적으로 활물질을 집전체에 부착시켜야 한다. 바인더는 용제계 바인더, 수계 바인더로 나뉜다.
최근에는 기존에 사용하던 용제계 바인더인 PVDF 대신, 수계 바인더인 SBR(styrere=butadiene rubber)/CMC(carboxy methyl cellulose)를 사용하기 시작했다. 활물질의 함량을 높이고 바인더의 함량을 줄여야 에너지 밀도를 높일 수 있는데, PVDF는 바인더 함량을 줄이는 데 한계가 있기 때문이다.
따라서 최소한의 접착만으로 서로 유연하면서도 단단히 묶어줄 수 있고, PVDF계 보다 결착 특성이 우수한 것으로 알려진 SBR/CMC계 바인더가 주목받고 있다.
양극에는 주로 용제계 바인더인 PVDF, 용매로 NMP를 사용하고, 음극에는 수계 바인더인 CMC/SBR, 용매로는 물을 사용하는 추세이다. 그 외에도 SiO2/graphene 음극에는 PTFE (Polytetrafluoroethylene)를 바인더, 용매로 IPA(Isopropyl Alcohol)을 쓰는 등 각 물질마다 알맞는 바인더와 용매가 존재한다.
참고자료
같이 보기
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