다공성 규소계 전극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지
Porous silicon based electrode active material and secondary battery comprising the same
특허 요약
본 발명은 다공성 규소계 전극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 규소 상; SiO x (0003c#x003c#2) 상; 및 이산화규소 상을 포함하고, 7 - 71%의 공극율을 갖는 다공성 규소계 전극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
1

규소 상; SiOX(0.5003c#x003c#1.2) 상; 및 이산화규소 상을 포함하고, 상기 이산화규소 상은 크리스토발라이트를 포함하며, 7 - 71%의 공극율을 가지고, 표면 및 내부에 벌집모양의 기공을 포함하는 다공성 규소계 전극 활물질.

2

청구항 1에 있어서,상기 이산화규소 상은 상기 SiOx 상에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 활물질.

3

청구항 1에 있어서,상기 이산화규소 상은 결정질인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.

4

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5

청구항 1에 있어서,상기 SiOx는 일산화규소인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.

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7

청구항 1에 있어서,상기 이산화규소 상은 전극 활물질의 2 - 50 중량%인 것을 특징으로 하는 전극 활물질.

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9

청구항 1에 있어서,상기 규소 상은 다공성 규소계 전극 활물질의 외부보다 내부에서 농도가 더 큰 것을 특징으로 하는 전극 활물질.

10

청구항 1에 있어서,상기 이산화규소 상은 다공성 규소계 전극 활물질의 내부보다 외부에서 농도가 더 큰 것을 특징으로 하는 전극 활물질.

11

청구항 1에 있어서,상기 규소 상 및 이산화규소 상은 SiOx (0003c#x003c#2)의 불균등화에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질.

12

양극 활물질을 포함하는 양극; 분리막; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 전해질을 포함하는 이차전지로서,상기 양극 활물질 또는 음극 활물질은 청구항 1 내지 3, 5, 7, 9 내지 11 중 어느 한 항의 전극 활물질을 포함하는 이차전지.

13

청구항 12 있어서,상기 양극 활물질 또는 음극 활물질은 흑연, 소프트카본, 하드카본 및 리튬 티탄 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.

14

불소계 용액과 금속 전구체 용액을 혼합한 후 SiOx(0003c#x003c#2) 함유 입자와 접촉시켜 상기 SiOx 함유 입자 표면에 금속 입자를 전착시키고,상기 금속 입자가 전착된 SiOx 함유 입자를 에칭용액과 접촉시켜 에칭하고, 상기 에칭된 SiOx 함유 입자를 금속제거용액과 접촉시켜 상기 금속 입자를 제거하고,상기 금속 입자가 제거된 SiOx 함유 입자를 알칼리계 수산화물이 녹아 있는 극성 용매와 혼합하고,상기 극성 용매와 혼합된 SiOx 함유 입자에서 극성 용매를 증발시킨 후 열처리하는 것을 포함하며,상기 불소계 용액과 금속 전구체 용액은 10 - 90:90 - 10의 부피비로 혼합되고, 상기 SiOx 함유 입자는 상기 불소계 용액과 금속 전구체 용액의 혼합 용액 100 중량부에 대해 0.001 - 50 중량부로 접촉되는 것을 특징으로 하는 다공성 규소계 전극 활물질의 제조방법.

15

청구항 14에 있어서,상기 불소계 용액은 플루오르화수소(HF), 플루오르화규소(H2SiF6) 및 플루오르화암모늄(NH4F)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

16

청구항 14에 있어서,상기 금속 전구체 용액은 은, 금, 백금 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

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19

청구항 14에 있어서,상기 에칭은 금속 입자가 전착된 SiOx 함유 입자의 전착된 금속 입자 하부에서 일어나는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

20

청구항 14에 있어서,상기 에칭 용액은 플루오르화수소(HF)와 과산화수소(H2O2)의 혼합용액인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

21

청구항 20에 있어서,상기 플루오르화수소(HF)와 과산화수소(H2O2)는 10 - 90:90 - 10의 부피비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

22

청구항 14에 있어서,상기 에칭은 30분 내지 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

23

청구항 14에 있어서,상기 금속제거용액은 질산, 황산 및 염산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

24

청구항 14에 있어서,상기 혼합 단계에서의 알칼리계 수산화물은 LiOH, NaOH, KOH, Be(OH)2, Mg(OH), Ca(OH)2 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

25

청구항 14에 있어서,상기 극성 용매는 물 또는 알코올인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

26

청구항 14에 있어서,상기 금속 입자가 제거된SiOx는 알칼리계 수산화물의 0.01 - 30 중량%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

27

청구항 14에 있어서,상기 열처리는 750 - 1000 ℃에서 5 - 120 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

28

청구항 14에 있어서,상기 SiOx 함유 입자는 열처리에 의해 규소 및 이산화규소로 불균등화(disproportionate)되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

29

청구항 14에 있어서,상기 전극 활물질의 제조방법은 상기 열처리된 SiOx 함유 입자를 여과하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

30

청구항 14에 있어서, 상기 열처리된 SiOx 함유 입자에 탄소를 피복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.

31

청구항 30에 있어서,상기 탄소는 음극 활물질 총중량의 1 - 30 중량%인 것을 특징으로 하는 전극 활물질의 제조방법.