일면이 노출된 실리콘으로 구성된 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 그의 제조방법
An anode active material for a lithium secondary battery composed of silicon with one side exposed, and a manufacturing method of the same
특허 요약
본 발명은 일면이 노출된 실리콘으로 구성된 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 실리콘을 포함하는 코어층; 금속을 포함하는 코팅층;을 포함하고, 상기 코어층은 기둥 형상의 다공성 실리콘이고, 상기 금속은 리튬과 반응하지 않는 비활성 금속이며, 상기 코어층의 일면이 노출된, 구체적으로 {100}면이 외부로 노출된 개방부를 포함하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
9

제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 실리콘계 음극 활물질; 도전재; 바인더;를 포함하는 실리콘계 음극.

10

제9항의 실리콘계 음극을 포함하는 리튬 이차전지.

5

제1항에 있어서,상기 금속은 형상기억 효과 또는 초탄성 효과를 가지는 금속인 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

8

제1항에 있어서,상기 기둥 형상의 다공성 실리콘은 다공성 실리콘 기판을 전기화학적 식각 처리하여 수득하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

6

제1항에 있어서,상기 코팅층은 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD), 스퍼터링(sputtering), 침전법, 필터법 및 진공건조법으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 공정에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

7

제1항에 있어서,상기 코어층과 상기 코팅층의 중량비는 10:90 내지 40:60인 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

1

실리콘을 포함하는 코어층;금속을 포함하는 코팅층;을 포함하고,상기 코어층은 기둥 형상의 다공성 실리콘이고,상기 금속은 리튬과 반응하지 않는 금속이며,상기 코어층의 일면이 외부로 노출된 개방부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

2

제1항에 있어서,상기 개방부는 상기 코어층의 {100}면인 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

3

제1항에 있어서,상기 금속은 구리(Cu), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 철(Fe), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

4

제1항에 있어서,상기 금속은 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질.

11

제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법으로서,(A) 개방부를 제외한 기둥형 실리콘 입자의 모든 면에 금속 박막을 증착하는 단계; (B) 500-600℃ 범위의 온도로 어닐링하는 단계;를 포함하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.

12

제11항에 있어서,상기 (A) 단계 이전에, (a-1) 실리콘 기판을 전기화학적 식각 처리하는 단계;(a-2) 상기 실리콘 기판의 (100)면을 제외한 모든 면에 금속 박막을 증착하는 단계;를 추가로 포함하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.

13

제12항에 있어서,상기 (a-1) 단계는 1.5-2.5mA/cm2의 전류 밀도에서 1-3시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.

14

제12항에 있어서,상기 (a-1) 단계에 사용되는 식각액은 산 또는 F 이온을 포함하는 용액인 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.

15

제11항에 있어서,상기 (A) 단계는 스퍼터링 공정을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.

16

제11항에 있어서,상기 (A) 단계는 불활성 가스의 분위기 하에서 100-200℃의 온도를 유지하며 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.

17

제11항에 있어서,상기 (A) 단계의 금속은 구리(Cu), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 철(Fe), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.

18

제11항에 있어서,상기 (B) 단계는 진공 또는 불활성 가스의 분위기 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘계 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.