폴리머와 배터리

폴리머(중합체)란?

한 가지 이상의 모노머(단량체) 단위가 서로 연결된 분자로 이루어진 물질

 

단량체란?

다른 단량체 분자와 함께 반응하여 중합이라는 과정을 통해 더 큰 중합체 사슬이나 3차원 네트워크를 형성할 수 있는 분자

 

플라스틱, 섬유, 고무와 같은 반복되는 구조를 갖는 고분자들이 폴리머입니다.

 

리튬이온배터리 내 폴리머 소재에는 대표적으로 이 두 가지가 있습니다.

• 분리막

• 바인더

 

 

분리막의 역할

1. 양극과 음극이 접촉하지 않도록 분리시켜 줍니다

2. 분리막에는 미세한 기공(pore)을 가지고 있어 리튬이온이 양극과 음극을 이동할 수 있게 하고 전자의 이동은 막습니다.

3. 배터리 내부 온도가 일정 수준 이상으로 올라가면, 분리막 표면에 위치한 기공들이 막혀 리튬이온의 이동을 차단해 내부적으로 쇼트 발생을 방지합니다.

4. 분리막은 높은 기계적 강도를 가지고 있어 강한 힘을 받았을 때 배터리 내부에서 일어나는 부산물이나 이물질을 막아 안정성을 확보하는 역할을 수행합니다.

 

 

3번을 만족시키기 위해 분리막은 일정 온도 이상이 되면 녹는 성질을 갖는 ''열가소성 고분자''이여야 합니다.

따라서 분리막은 Polyethylene (PE), Polypropylene (PP)와 같은  열가소성 폴리머을 이용 해 제작합니다.

130도 이상의 온도에서 녹아 기공을 막으면 배터리 내 리튬이온의 이동을 차단합니다.

 

바인더의 역할

1. 2차 전지의 전극을 물리적으로 안정화 시켜주는 재료

2. 활물질과 도전재를 집전체에 접착시켜주는 접착제 역할

바인더는 활물질을 집전체에 고정시키며, 분말 형태의 도전재가 활물질에 잘 붙어있도록 해줍니다.

 

주로 바인더에는 PVdF(polyvinylidene fluoride)와 같은 비닐계 폴리머 또는, 고무가 분산 되어있는 수용성 폴리머인 Latex 같은 고분자로 바인더를 제작하게 됩니다.