Viscosity effect of carboxymethyl cellulose (CMC), an aqueous binder for lithium secondary batteries, on the electrochemical performance of graphite anode materials is investigated by changing the adhesion to graphite, binder, and current collector. Using three CMC binders with different molecular weight, viscosity of pure aqueous solutions and anode slurry solutions with graphite materials are compared using rheometer. The rheological trend is dependent on the interaction between CMC binder and graphite material. After fabrication of the anodes in lithium ion batteries , the binder with highest viscosity showed the best cycle and rate performances; 88.0% @ 140 cycles and 220.6 mA h g⁻¹ @ 2C rate, which is attributed to high adhesion strength with current collector. Furthermore, formation of different microstructures results in advanced cycle performance and low rate capability (86.3% after 140 cycles) from the enhanced viscosity slurry solution in spite of weak adhesion property with current collector. Hence, the rheology of the slurry solution can critically influence on the electrochemical performance of the graphite anode in LIBs.

리튬이차전지 수계 바인더인 carboxymethyl cellulose (CMC)의 점도가 흑연과 바인더, 그리고 집전체에 접착력에 변화시켜 음극재의 전기화학 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 분자량이 다른 세 종류의 CMC 바인더를 이용하여, 바인더의 수계 분산 상태와 흑연음극재에 첨가된 슬러리 용액의 점도 특성을 레오미터를 이용하여 분석하였다. 이러한 유변학적 특성 변화는 흑연과 바인더와의 결합력에 의존한다는 것을 알 수 있었다. 세 종류의 바인더를 리튬이차전지 음극재에 적용한 결과, 점도가 가장 높은 CMC 바인더에서 가장 우수한 음극 성능(140사이클 후 88.0%, 220.6 mA h g⁻¹ @ 2C rate)을 얻을 수 있었으며 이는 높은 집전체와의 결합력에 기인함을 알 수 있었다. 또한 다양한 미세구조 형성에 따라 음극의 사이클 성능개선과 낮은 속도 특성이 발현됨을 확인하였다(140사이클 후 86.3%). 이를 통해 슬러리 용액의 유변학적 특성이 흑연 음극의 전기화학적 특성에 큰 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다.

Keywords: carboxymethyl cellulose, aqueous binder, rheology, graphite anode, lithium-ion batteries.