탄소-실리콘/탄소 복합체 및 그 제조방법
Carbon-Silicon/Carbon Composite and Processes for Preparing the Same
특허 요약
본 발명은 제어된 기공 특성을 갖는 다공성 탄소 지지체의 기공 및/또는 표면에 실리콘/탄소 복합 매트릭스가 형성된 탄소-실리콘/탄소 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 구현예에 따른 탄소-실리콘/탄소 복합체를 음극 활물질로 사용할 경우 전반적인 실리콘 사이즈를 작게 억제할 수 있고, 전지 성능 열화에 영향을 주는 중간(intermediate) 상인 Crystal-Li x Si y (예를 들어 Li 15 Si 4 또는 Li 3.75 Si)의 형성을 억제함으로써, 충방전 반복 시 전지 성능 열화를 완화할 수 있다.
청구항
번호청구항
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제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 탄소-실리콘/탄소 복합체;를 포함하는 SEI(Solid Electrolyte Interphase)막을 포함하는 전고체 전지.

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제1항에 있어서,상기 실리콘/탄소 복합 매트릭스 중의 실리콘 결정의 평균 크기가 10 ㎚ 이하인 탄소-실리콘/탄소 복합체.

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제1항에 있어서,상기 탄소-실리콘/탄소 복합체는 c/a 피크 비(peak ratio)가 0 ~ 1.5인 탄소-실리콘/탄소 복합체.

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다공성 탄소 지지체의 표면 및 기공 내부에, 실리콘/탄소 복합 매트릭스를 형성하여 탄소-실리콘/탄소 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 탄소-실리콘/탄소 복합체 제조방법.

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제7항에 있어서,상기 탄소-실리콘/탄소 복합체를 제조하는 단계 전에, (1) 석유계 원료를 열분해 및 축중합하여 피치를 합성하는 단계;(2) 상기 피치를 고체화 및 펠렛화하여 펠렛상의 피치를 얻거나, 상기 피치를 고체화, 펠렛화 및 분쇄하여 분말상의 피치를 얻는 단계;(3) 상기 펠렛상의 피치 또는 분말상의 피치를 안정화시키는 단계; (4) 안정화시킨 피치를 탄화시켜 탄화체를 얻는 단계; 및 (5) 상기 탄화체를 활성화시켜 다공성 탄소 지지체를 얻는 단계;를 더 포함하는 탄소-실리콘/탄소 복합체 제조방법.

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제7항에 있어서,상기 실리콘/탄소 복합 매트릭스는, 상기 다공성 탄소 지지체 상에 실리콘 공급원과 탄소 공급원을 복합 CVD하여 형성되는 탄소-실리콘/탄소 복합체 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 실리콘 공급원과 탄소 공급원의 기체 유량비는 1 : 0.1 ~ 1 : 2인 탄소-실리콘/탄소 복합체 제조방법.

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제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 탄소-실리콘/탄소 복합체;를 포함하는 음극 활물질.

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총 기공 부피를 기준으로 기공 크기가 250 ㎚인 중기공(mesopore)의 부피 비율이 580%인 다공성 탄소 지지체; 및상기 다공성 탄소 지지체의 표면 및 기공 내부에 배치되는 실리콘/탄소 복합 매트릭스;를 포함하는 탄소-실리콘/탄소 복합체.

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제1항에 있어서, 상기 다공성 탄소 지지체는, BET 비표면적이 3003,000 ㎡/g이고, 탭 밀도가 0.050.5 g/㎖이며, 평균입경이 1~20 ㎛인 탄소-실리콘/탄소 복합체.

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제1항에 있어서,상기 탄소-실리콘/탄소 복합체 전체 중량 중 실리콘의 함량이 20 ~ 70 중량%인 탄소-실리콘/탄소 복합체.

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제1항에 있어서,상기 실리콘/탄소 복합 매트릭스는 상기 탄소-실리콘/탄소 복합체 전체 중량 중 10 ~ 90 중량%인 탄소-실리콘/탄소 복합체.