탄소-금속산화물 복합체, 이의 제조방법 및 이를 활물질로 포함하는 리튬 이차전지용 전극
CARBON-METAL OXIDE COMPOSITE, METHOD OF MANUFACTURING THE CARBON-METAL OXIDE COMPOSITE, AND ELECTRODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY
특허 요약
탄소-금속산화물 복합체의 제조방법이 개시된다. 탄소-금속산화물 복합체의 제조방법은, 용매열 합성법(solvothermal synthesis)을 통해 금속-니트릴로트리아세트산 메조크리스탈 입자를 제조하는 제1 단계; 및 상기 금속-니트릴로트리아세트산 메조크리스탈 입자를 열처리하여 탄소-금속산화물 입자를 제조하는 제2 단계;를 포함한다.
청구항
번호청구항
1

용매열 합성법(solvothermal synthesis)을 통해 금속-니트릴로트리아세트산 메조크리스탈 입자를 제조하는 제1 단계; 및 상기 금속-니트릴로트리아세트산 메조크리스탈 입자를 열처리하여 탄소-금속산화물 입자를 제조하는 제2 단계;를 포함하고, 이에 의해 금속산화물 이차입자들과 비정질 탄소를 포함하는 빌딩블록이 내부로부터 외부로 방사상으로 배향된 3차원 구형 형상을 가지는 탄소-금속산화물 복합체가 제조되고,상기 제1 단계에서 상기 금속-니트릴로트리아세트산 메조크리스탈 입자는 금속염이 용해된 제1 용액과 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA)이 용해된 제2 용액을 혼합한 반응용액을 120 내지 250 ℃의 온도에서 일정시간 동안 반응시켜 형성되고, 상기 제2 용액은 상기 니트릴로트리아세트산과 함께 멜라민포름알데히드(melamine formaldehyde, MF), 푸르푸릴 알코올(Furfuryl alcohol), 푸르푸릴 아민(Furfuryl amine), 페놀포름알데히드(Phenol formaldehyde), 요소포름알데히드(Urea formaldehyde), 멜라민(melamine), 요소(Urea), 글루코즈(Glucose) 및 사이안아마이드(Cyanamide)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는,탄소-금속산화물 복합체의 제조방법.

2

제1항에 있어서, 상기 금속염은 철(Fe), 코발트(Co), 알루미늄(Al) 및 아연(Zn)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 염화물 또는 염수화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체의 제조방법.

3

제2항에 있어서, 상기 반응용액에서 상기 니트릴로트리아세트산에 대한 상기 금속염의 몰비율은 1.0 내지 3.0인 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체의 제조방법.

4

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5

제1항에 있어서, 상기 제2 용액은 상기 니트릴로트리아세트산 및 상기 멜라민포름알데히드(melamine formaldehyde, MF)을 포함하고,상기 반응용액에서 상기 니트릴로트리아세트산에 대한 상기 멜라민포름알데히드의 몰비율은 0.5 내지 1.5인 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체의 제조방법.

6

제1항에 있어서, 상기 제2 단계에서 상기 금속-니트릴로트리아세트산 메조크리스탈 입자는 400 내지 500 ℃의 온도에서 열처리되는 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체의 제조방법.

7

제6항에 있어서, 상기 제2 단계 동안 상기 금속-니트릴로트리아세트산 메조크리스탈 입자에 함유된 유기 성분 및 금속 성분은 비정질 탄소 및 금속산화물로 각각 전환되는 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체의 제조방법.

8

제6항에 있어서, 상기 열처리는 아르곤 및 수소의 혼합 가스 분위기 또는 공기 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체의 제조방법.

9

금속산화물 이차입자들과 비정질 탄소를 포함하는 빌딩블록이 내부로부터 외부로 방사상으로 배향된 3차원 구형 형상을 갖고,상기 금속산화물은 철(Fe), 코발트(Co), 알루미늄(Al) 및 아연(Zn)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 산화물인 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체.

10

제9항에 있어서, 상기 금속산화물은 철 또는 코발트의 산화물이고,상기 빌딩블록은 복수의 서로 이격된 상기 금속의 산화물의 이차입자들이 비정질 탄소에 의해 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체.

11

제9항에 있어서, 상기 금속산화물은 알루미늄 산화물이고,상기 빌딩블록은 2차원 비정질 탄소 시트에 상기 알루미늄 산화물의 이차입자들이 서로 이격되게 부착된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체.

12

제11항에 있어서, 상기 탄소-금속산화물 복합체의 내부에는 내부에서 외부로 갈수록 기공의 크기가 증가하는 계층형 다공 구조가 형성되고, 상기 기공들의 평균 크기는 약 5 내지 25 nm인 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체.

13

제12항에 있어서, 상기 탄소-금속산화물 복합체의 비표면적은 110 내지 150 m2g-1인 것을 특징으로 하는, 탄소-금속산화물 복합체.

14

제9항 내지 제13항 중 선택된 어느 한 항의 탄소-금속산화물 복합체를 활물질로 포함하는, 리튬 이자전지용 전극.