다공성 실리콘계 음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 리튬 이차 전지
POROUS SILICON BASED NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME
특허 요약
다공성 실리카(SiO 2 ) 및 알루미늄 분말을 혼합하는 단계; 및 상기 다공성 실리카 및 알루미늄 분말의 혼합물을 열처리하여, 상기 다공성 실리카의 일부 또는 전부를 다공성 실리콘(Si)으로 환원하는 동시에 상기 알루미늄 분말의 일부 또는 전부를 산화알루미늄으로 산화시키는 단계를 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법, 음극 활물질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
1

다공성 실리카(SiO2) 및 알루미늄 분말을 혼합하는 단계; 및상기 다공성 실리카 및 알루미늄 분말의 혼합물을 열처리하여, 상기 다공성 실리카의 일부 또는 전부를 다공성 실리콘(Si)으로 환원하는 동시에 상기 알루미늄 분말의 일부 또는 전부를 산화알루미늄으로 산화시키는 단계; 및생성된 산화알루미늄의 일부 또는 전부를 제거하는 단계를 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

2

제1항에서, 상기 다공성 실리카는 규조토(diatomite)로부터 얻어진 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

3

제1항에서, 상기 다공성 실리카의 평균 입경은 100 nm 내지 50 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

4

제1항에서, 상기 다공성 실리카의 기공의 평균 입경은 20 nm 내지 1 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

5

제1항에서, 상기 알루미늄 분말의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

6

제1항에서, 상기 다공성 실리카 및 알루미늄 분말을 혼합하는 단계에서,상기 알루미늄 분말은 상기 다공성 실리카 100 중량부에 대하여 25 내지 70 중량부 첨가되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

7

제1항에서, 상기 다공성 실리카 및 알루미늄 분말을 혼합하는 단계는상기 다공성 실리카, 및 알루미늄 분말에 광물 첨가제를 더 혼합하는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

8

제7항에서, 상기 광물 첨가제는 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화칼슘 (CaCl2), 염화마그네슘 (MgCl2) 또는 이들의 조합인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

9

제1항에서, 상기 다공성 실리카 및 알루미늄 분말을 혼합하는 단계는 건식 혼합법에 의해 수행되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

10

제1항에서, 상기 다공성 실리카 및 알루미늄 분말의 혼합물을 열처리하는 단계에서,상기 열처리는 650 ℃ 내지 950 ℃에서 수행되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

11

제1항에서, 수득된 다공성 실리콘계 음극 활물질에서, 상기 산화알루미늄의 함량은 상기 다공성 실리콘 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

12

제1항에서, 수득된 음극 활물질은 상기 다공성 실리콘 및 상기 산화알루미늄이 서로 고르게 혼합되어 있는 형상인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

13

삭제

14

제1항에서,상기 산화알루미늄의 일부 또는 전부를 제거하는 단계는염산, 인산, 불산, 황산, 질산, 아세트산, 암모니아수, 과산화수소, 또는 이들의 조합을 포함하는 용액을 사용하여 수행되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

15

제1항에서,상기 다공성 실리카 및 알루미늄 분말의 혼합물을 열처리하는 단계 이후에,탄소 코팅 단계를 더 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

16

다공성 실리카(SiO2) 및 제1 금속 분말을 혼합하는 단계;상기 다공성 실리카 및 상기 제1 금속 분말의 혼합물을 열처리하여, 상기 다공성 실리카의 일부를 다공성 실리콘(Si)으로 환원하는 동시에 상기 제1 금속 분말의 일부 또는 전부를 제1 금속 산화물로 산화시키는 단계;상기 다공성 실리콘 및 제1 금속 산화물을 포함하는 제1 다공성 실리콘계 물질을 수득하는 단계;상기 제1 금속 분말과 상이한 종류의 제2 금속 분말, 및 상기 수득한 제1 다공성 실리콘계 물질을 혼합하는 단계;상기 제2 금속 분말 및 상기 제1 다공성 실리콘계 물질의 혼합물을 열처리 하여, 잔존하는 다공성 실리카를 다공성 실리콘으로 환원하는 동시에 상기 제2 금속 분말의 일부 또는 전부를 제2 금속 산화물로 산화시키는 단계; 및상기 다공성 실리콘, 제1 금속 산화물, 및 제2 금속 산화물을 포함하는 제2 다공성 실리콘계 물질을 수득하는 단계를 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

17

제16항에서, 상기 다공성 실리카는 규조토(diatomite)로부터 얻어진 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

18

제16항에서, 상기 다공성 실리카의 평균 입경은 100 nm 내지 50 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

19

제16항에서, 상기 다공성 실리카의 기공의 평균 입경은 20 nm 내지 1 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

20

제16항에서, 상기 제1 금속 분말 및 상기 제2 금속 분말은 서로 상이하고, 각각 독립적으로 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 실리사이드 (AlSi2), 마그네슘 실리사이드 (Mg2Si), 칼슘실리사이드 (Ca2Si) 또는 이들의 조합인 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

21

제16항에서, 상기 제1 금속 분말 및 상기 제2 금속 분말 중 어느 하나는 알루미늄인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

22

제16항에서, 상기 제1 금속 분말 및 상기 제2 금속 분말의 평균 입경은 각각 독립적으로 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

23

제16항에서, 상기 제1 금속 분말은 상기 다공성 실리카 100 중량부에 대하여 25 내지 70 중량부 첨가되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

24

제16항에서,상기 제2 금속 분말은 상기 제1 다공성 실리콘계 물질 100 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부 첨가되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

25

제16항에서, 상기 다공성 실리카 및 제1 금속 분말을 혼합하는 단계, 또는상기 제2 금속 분말 및 제1 다공성 실리콘계 물질을 혼합하는 단계는광물 첨가제를 더 혼합하는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

26

제25항에서, 상기 광물 첨가제는 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화칼슘 (CaCl2), 염화마그네슘 (MgCl2) 또는 이들의 조합인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

27

제16항에서, 상기 다공성 실리카 및 제1 금속 분말을 혼합하는 단계, 또는상기 제2 금속 분말 및 제1 다공성 실리콘계 물질을 혼합하는 단계는건식 혼합법에 의해 수행되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

28

제16항에서, 상기 다공성 실리카 및 제1 금속 분말의 혼합물을 열처리하는 단계, 또는 상기 제2 금속 분말 및 제1 다공성 실리콘계 물질의 혼합물을 열처리 하는 단계에서,상기 열처리는 650 ℃ 내지 950 ℃에서 수행되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

29

제16항에서, 상기 제 1 금속 산화물 및 상기 제2 금속 산화물은 서로 상이하고, 각각 독립적으로 MgO, CaO, Al2O3, TiO2, Fe2O3, Fe3O4, Co3O4, NiO, SiO2 또는 이들의 조합인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

30

제16항에서, 상기 제2 다공성 실리콘계 물질에서, 상기 제 1 금속 산화물의 함량 및 제2 금속 산화물의 함량은 각각 독립적으로 상기 다공성 실리콘 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

31

제16항에서, 상기 수득된 제2 다공성 실리콘계 물질은 상기 다공성 실리콘, 상기 제1 금속 산화물, 및 상기 제2 금속 산화물이 서로 고르게 혼합되어 있는 형상인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

32

제16항에서, 상기 수득된 제2 다공성 실리콘계 물질은 제1 금속 산화물과 제2 금속 산화물의 합금을 포함하는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

33

제16항에서,상기 다공성 실리카 및 제1 금속 분말의 혼합물을 열처리하는 단계 이후에,상기 제1 금속 산화물의 일부 또는 전부를 제거하는 단계를 더 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

34

제33항에서,상기 제1 금속 산화물의 일부 또는 전부를 제거하는 단계는염산, 인산, 불산, 황산, 질산, 아세트산, 암모니아수, 과산화수소, 또는 이들의 조합을 포함하는 용액을 사용하여 수행되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

35

제16항에서,상기 제2 금속 분말, 및 제1 다공성 실리콘계 물질의 혼합물을 열처리하는 단계 이후에, 상기 제2 금속 산화물의 일부 또는 전부를 제거하는 단계를 더 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

36

제35항에서,상기 제2 금속 산화물의 일부 또는 전부를 제거하는 단계는염산, 인산, 불산, 황산, 질산, 아세트산, 암모니아수, 과산화수소, 또는 이들의 조합을 포함하는 용액을 사용하여 수행되는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

37

제16항에서,상기 제2 다공성 실리콘계 물질을 수득하는 단계 이후에탄소 코팅 단계를 더 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.

38

다공성 실리콘 및 산화알루미늄을 포함하고, 상기 다공성 실리콘의 기공 내부 및 상기 다공성 실리콘의 표면에 상기 산화알루미늄이 위치되는 다공성 실리콘계 음극 활물질.

39

제38항에서,상기 음극 활물질은 다공성 실리카, 알루미늄 분말, 또는 이들의 조합을 더 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질.

40

제38항에서,상기 다공성 실리콘의 평균 입경은 100 nm 내지 50 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질.

41

제38항에서, 상기 산화알루미늄의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 다공성 실리콘계 음극 활물질.

42

제38항에서, 상기 산화알루미늄의 함량은 상기 다공성 실리콘 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부인 다공성 실리콘계 음극 활물질.

43

제38항에서, 상기 음극 활물질은 MgO, CaO, TiO2, Fe2O3, Fe3O4, Co3O4, NiO, SiO2 및 이들의 조합에서 선택되는 금속 산화물을 더 포함하는 것인 다공성 실리콘계 음극 활물질.

44

제43항에서, 상기 금속 산화물의 함량은 상기 다공성 실리콘 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부인 다공성 실리콘계 음극 활물질.

45

제43항에서, 상기 음극 활물질은 추가된 금속 산화물과 상기 산화알루미늄의 합금을 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질.

46

제38항에서, 상기 음극 활물질은상기 다공성 실리콘 및 상기 산화알루미늄을 포함하는 코어, 및상기 코어에 피복된 탄소 코팅층을 포함하는 다공성 실리콘계 음극 활물질.

47

삭제

48

제38항 내지 제46항 중 어느 한 항에 따른 다공성 실리콘계 음극 활물질을 포함하는 음극, 및양극을 포함하는 리튬 이차 전지.