이차전지 음극활물질 실리콘 복합소재, 및 이의 제조 방법
Silicon composite materials for anode active material of lithium secondary battery, and manufacturing method of the composite material
특허 요약
본 발명은 현재 상용화 되어 있는 흑연계 음극소재를 이용하여 고용량을 요구하는 시장의 수요를 충족시키기 위해 흑연의 표면을 양친성 물질으로 처리하고, 실리콘 전구체인 TEOS로부터 나노 실리카 입자를 흑연의 표면에 성장 및 결합 시켰으며 전기화학적 안정성이 우수한 저가의 석유계 피치를 이용하여 고용량 및 높은 안정성을 가지는 우수한 음극소재를 제조하고, 이를 사용하여 음극재로서 전극 및 전해질 설계의 최적화 기술에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
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제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 코팅된 흑연의 표면 작용기를 활성화시키는 단계에서는,상기 코팅된 흑연을 에탄올, 메탄올, 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 용매에 처리하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.

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흑연-실리콘-피치 복합소재로써,양친성 물질로 코팅된 흑연의 표면에 실리카 나노 입자가 형성된 흑연-실리카 복합소재를 석유계 피치로 코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재.

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제1항에 있어서,상기 흑연-실리카 복합소재는, 양친성 물질로 코팅된 흑연의 표면에 구형의 실리카 나노 입자가 결합된 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재.

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제1항에 있어서,상기 흑연-실리카 복합소재는, 양친성 물질로 코팅된 흑연의 표면에 반구형의 실리카 나노 입자가 성장된 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재.

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구형의 흑연을 양친성 물질로 코팅하는 단계;상기 흑연의 표면에 실리카를 결합 또는 성장시켜 흑연-실리카 복합소재를 제조하는 단계;상기 흑연-실리카 복합소재를 피치 탄소전구체로 코팅하여 흑연-실리카-피치 복합소재를 제조하는 단계; 및상기 흑연-실리카-피치 복합소재를 마그네슘 열 환원 및 산처리 과정을 통해 실리카를 실리콘으로 환원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.

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제4항에 있어서,상기 흑연-실리카 복합소재를 제조하는 단계에서는,구형의 나노 실리카를 준비하는 단계;상기 구형의 나노 실리카를 아민기로 표면처리하는 단계; 상기 양친성 물질로 코팅된 흑연의 표면 작용기를 활성화시키는 단계;상기 표면 처리된 구형의 나노 실리카 및 상기 흑연을 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.

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제5항에 있어서,상기 구형의 나노 실리카를 아민기로 표면처리하는 단계에서는, 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) 및 3-aminopropyltrimethoxysilane(APTMS) 중 선택되는 어느 하나를 이용하여 상기 구형의 나노 실리카를 표면 처리하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재 제조방법.

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삭제

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제4항에 있어서,상기 양친성 물질은 polyvinylpyrrolidone(PVP), Octylphenyl 9.5 ethoxylate (Triton X-100), Lignin, polyethyleneglycol (PEG), polyethyleneimine (PEI), 및 sodium dodecyl sulfate (SDS)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.

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삭제

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제4항에 있어서,상기 실리카를 실리콘으로 환원시키는 단계는,상기 흑연-실리카-피치 복합소재 및 마그네슘을 혼합한 후 500 ℃ 내지 700 ℃에서 4 시간 내지 8 시간 동안 아르곤 가스 분위기 하에서 환원하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.