다층금속나노튜브를 포함하는 음극활물질, 이를 포함하는 음극과 리튬전지 및 음극활물질 제조방법
Anode active material comprising multi layered metal nanotube, anode and lithium battery comprising the material, and preparation method thereof
특허 요약
금속나노튜브의 내표면(inner surface)을 포함하는 내층과 금속나노튜브의 외표면(outer surface)을 포함하는 외층을 포함하며, 상기 내층이 원자번호 13 이상인 제 1 금속을 포함하며, 상기 외층이 상기 제 1 금속과 다른 제 2 금속을 포함하는 다층금속나노튜브를 포함하는 음극활물질, 상기 음극활물질을 포함하는 음극, 상기 음극을 채용한 리튬전지, 및 상기 음극활물질의 제조방법이 제시된다.
청구항
번호청구항
21

제 20 항에 있어서,전도성 기판; 및상기 기판상에 배열된 복수의 다층금속나노튜브;를 포함하는 음극.

22

제 21 항에 있어서, 상기 다층금속나노튜브가 기판 상에 이격되어 배열된 음극.

23

제 21 항에 있어서, 상기 다층금속나노튜브가 기판의 표면으로부터 돌출되는 방향으로 배향된 음극.

24

제 21 항에 있어서, 상기 다층금속나노튜브가 기판에 대하여 수직 방향으로 배향된 음극.

12

제 1 항에 있어서, 상기 내층과 외층 사이에 하나 이상의 층을 추가적으로 포함하는 음극활물질.

13

제 1 항에 있어서, 상기 금속나노튜브의 벽 두께(wall thickness)가 10nm 내지 200nm인 음극활물질.

14

제 1 항에 있어서, 상기 내층의 두께가 5nm 내지 100nm인 음극활물질.

15

제 1 항에 있어서, 상기 외층의 두께가 5nm 내지 100nm인 음극활물질.

16

제 1 항에 있어서, 상기 금속나노튜브의 외경이 30nm 내지 400nm인 음극활물질.

17

제 1 항에 있어서, 상기 금속나노튜브의 내경이 20nm 내지 200nm인 음극활물질.

18

제 1 항에 있어서, 상기 금속나노튜브의 길이가 1㎛ 내지 50㎛인 음극활물질.

19

제 1 항에 있어서, 상기 금속나노튜브의 일말단이 밀폐된 음극활물질.

20

제 1 항 내지 제 4 항 및 제 8 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 음극활물질을 포함하는 음극.

3

제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금속이 제 1 금속에 비하여 리튬 이온의 확산계수(diffusivity)가 높은 음극활물질.

4

제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금속이 제 1 금속에 비하여 충전시의 부피 팽창율이 낮은 음극활물질.

5

삭제

6

삭제

7

삭제

8

제 1 항에 있어서, 상기 외층이 상기 제 1 금속과 제 2 금속의 복합체를 포함하는 음극활물질.

9

제 1 항에 있어서, 상기 내층이 결정성(crystalline)이고 상기 외층이 비정질(amorphous)인 음극활물질.

10

제 1 항에 있어서, 상기 내층 및 외층 중 하나 이상이 도판트를 추가적으로 포함하는 음극활물질.

2

제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금속이 제 1 금속에 비하여 비저항(resistivity)이 낮은 음극활물질.

11

제 10 항에 있어서, 상기 도판트가 3B족 또는 5B족 원소인 음극활물질.

1

금속나노튜브의 내표면(inner surface)을 포함하는 내층; 및금속나노튜브의 외표면(outer surface)을 포함하는 외층을 포함하며,상기 내층이 원자번호 13 이상인 제 1 금속을 포함하며,상기 외층이 상기 제 1 금속과 다른 제 2 금속을 포함하며,상기 제 1 금속이 4B족 금속이며,상기 제 2 금속이 게르마늄, 안티몬, 주석, 알루미늄, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 다층금속나노튜브를 포함하는 음극활물질.

25

제 21 항에 있어서, 상기 전도성 기판이 스테인레스 스틸, 구리, 철, 니켈, 알루미늄 및 코발트로 이루어진 군에서 선택된 하나인 음극.

26

제 21 항에 따른 음극을 채용한 리튬전지.

27

전도성 기판 상에 기판의 표면으로부터 돌출되는 방향으로 금속산화물 나노막대를 성장시키는 단계;상기 금속산화물 나노막대 상에 제 1 금속층을 코팅하는 단계;상기 제 1 금속층이 코팅된 금속산화물 나노막대를 열처리하여 금속산화물 나노막대를 선택적으로 제거함에 의하여 제 1 금속나노튜브를 제조하는 단계; 및상기 제 1 금속나노튜브 상에 제 2 금속층을 코팅하여 다층금속나노튜브를 제조하는 단계;를 포함하는 음극활물질 제조방법.

28

제 27 항에 있어서, 상기 금속산화물이 ZnO, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2 및 MgO 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 음극활물질 제조방법.

29

제 27 항에 있어서, 상기 제 1 금속층이 실리콘, 게르마늄, 안티몬, 주석, 알루미늄, 아연, 은, 금, 백금, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 음극활물질 제조방법.

30

제 27 항에 있어서, 상기 제 2 금속층이 게르마늄, 안티몬, 주석, 알루미늄, 아연, 은, 금, 백금, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 음극활물질 제조방법.

31

제 27 항에 있어서, 상기 제 1 금속층은 제 1 금속 전구체 가스를 상기 금속산화물 나노막대와 접촉시킴에 의하여 코팅되는 음극활물질 제조방법.

32

제 31 항에 있어서, 상기 제 1 금속 전구체 가스가 SiH4, SiCl4, GeH4, GeF4 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 음극활물질 제조방법.

33

제 31 항에 있어서, 상기 제 1 금속 전구체 가스가 도판트 전구체 가스를 추가적으로 포함하는 음극활물질 제조방법.

34

제 31 항에 있어서, 상기 제 1 금속 전구체 가스와 상기 금속산화물 나노막대의 접촉이 200 내지 800℃의 온도에서 1 내지 1000분 동안 수행되는 음극활물질 제조방법.

35

제 27 항에 있어서, 상기 금속산화물 나노막대의 선택적 제거가 수소, 아르곤, 질소, 네온, 헬륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 분위기에서 수행되는 음극활물질 제조방법.

36

제 27 항에 있어서, 상기 금속산화물 나노막대의 선택적 제거가 200℃ 이상의 온도에서 수행되는 음극활물질 제조방법.

37

제 27 항에 있어서, 상기 제 2 금속층은 제 2 금속전구체 가스를 제 1 금속나노튜브와 접촉시킴에 의하여 코팅되는 음극활물질 제조방법.

38

제 37 항에 있어서, 상기 제 2 금속 전구체 가스가 SiH4, SiCl4, GeH4, GeF4 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 음극활물질 제조방법.

39

제 37 항에 있어서, 상기 제 2 전구체 가스가 도판트 전구체 가스를 추가적으로 포함하는 음극활물질 제조방법.

40

제 27 항에 있어서, 상기 제 2 금속 전구체 가스와 상기 제 1 금속나노튜브의 접촉이 200 내지 800℃의 온도에서 1 내지 1000분 동안 수행되는 음극활물질 제조방법.