실리콘 나노 음극재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
SILICON NANO ANODE MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND LITHIUM SECONDARY BATTERIES CONTAINING THE SAME
특허 요약
본 발명은 결정질 실리콘 입자를 포함하고, 상기 결정질 실리콘 입자는 결정 구조의 격자 내부 및 표면 중 적어도 어느 하나 이상에 플루오린을 포함하는 실리콘 나노 음극재에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
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제9항에 있어서,상기 플루오린은 상기 실리콘 나노 음극재 전체 100 at%에 대해서 1 내지 10 at% 존재하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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제9항에 있어서,상기 (S2) 단계는 하기 반응식 (1) 내지 (3)을 만족하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.[반응식]Na2SiF6 (s) → 2NaF (s) + SiF4 (g) (1)SiF4 (g) + 2Mg (l) → Si (s) + 2MgF2 (s) (2)NaF (s) + MgF2 (s) → NaMgF3 (s) (3)

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제9항에 있어서,상기 (S2) 단계는 600 내지 1000℃의 온도로 소성하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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제9항에 있어서,상기 (S2) 단계는 N2 또는 비활성기체 분위기 하에서 소성하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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제9항에 있어서,상기 실리콘 나노 음극재는 XRD(x-ray diffraction)에서 상기 실리콘 결정 구조 외의 피크를 포함하지 않는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법

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결정질 실리콘 입자를 포함하고,상기 결정질 실리콘 입자는 결정 구조의 격자 내부 및 표면에 플루오린을 포함하고,전자 전도도는 0.8 내지 2.0 S/cm인,실리콘 나노 음극재.

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제1항에 있어서,상기 실리콘 나노 음극재는 XRD(x-ray diffraction)에서 상기 실리콘 결정 구조 외의 피크를 포함하지 않는,실리콘 나노 음극재.

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제1항에 있어서,상기 실리콘 나노 음극재의 탭 밀도(tap density)는 0.1 내지 0.3 g/cm3인,실리콘 나노 음극재.

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삭제

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제1항에 있어서,상기 결정질 실리콘 입자는 10 내지 50 nm의 평균 입경을 갖는 1차 입자이며,상기 실리콘 나노 음극재는 상기 1차 입자가 복수 개로 응집되어 형성된 2차 입자를 포함하는,실리콘 나노 음극재.

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제1항에 있어서,상기 플루오린은 상기 실리콘 나노 음극재 전체 100 at%에 대해서 1 내지 10 at% 존재하는,실리콘 나노 음극재.

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제1항에 있어서,상기 실리콘 나노 음극재는 소수성을 갖는,실리콘 나노 음극재.

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제7항에 있어서,상기 소수성은 접촉각 측정 장치(contact angle measurement)에서 물에 대한 접촉각을 형성하지 않는 수준을 의미하는,실리콘 나노 음극재.

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(S1) 실리콘 및 플루오린을 포함하는 고체상의 원료 물질 및 고체상의 환원제를 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및(S2) 상기 혼합물을 소성하여 결정질 실리콘 입자를 포함하는 실리콘 나노 음극재를 수득하는 단계;를 포함하고,상기 (S2) 단계에서 상기 원료 물질로부터 기체상의 SiF4가 발생하고,상기 기체상의 SiF4를 상기 결정질 실리콘 입자로 환원하는 과정을 포함하며,상기 결정질 실리콘 입자는 결정 구조의 격자 내부 및 표면 중 적어도 어느 하나 이상에 플루오린을 포함하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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제9항에 있어서,상기 (S2) 단계는 상기 실리콘 나노 음극재 외에 불순물을 제거하기 위해 산성 용액에 침지한 뒤 세척 및 건조하는 과정을 더 포함하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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제9항에 있어서,상기 원료 물질 및 상기 환원제의 중량비는 1:0.1 내지 1:1를 만족하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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제9항에 있어서,상기 혼합물은 부산물 제거제를 더 포함하며, 상기 환원제 및 상기 부산물 제거제의 중량비는 1:0.5 내지 1:3을 만족하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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제9항에 있어서,상기 원료 물질은 고체상의 Na2SiF6을 포함하고,상기 환원제는 고체상의 Mg, Be, Al, Y, Zr, Sc, Hf, Li, Ca, K, Ba, Ce, Sr, Na, Th, La 및 Ac 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는,실리콘 나노 음극재의 제조 방법.

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양극;,음극; 및상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 전해질;을 포함하며,상기 음극은 실리콘 나노 음극재를 포함하며,상기 실리콘 나노 음극재는 결정질 실리콘 입자를 포함하고,상기 결정질 실리콘 입자는 결정 구조의 격자 내부 및 표면에 플루오린을 포함하고,상기 실리콘 나노 음극재의 전자 전도도는 0.8 내지 2.0 S/cm인,리튬 이차전지.