KR101145297B1 - 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발 - Google Patents

싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발 Download PDF

Info

Publication number
KR101145297B1
KR101145297B1 KR1020100107375A KR20100107375A KR101145297B1 KR 101145297 B1 KR101145297 B1 KR 101145297B1 KR 1020100107375 A KR1020100107375 A KR 1020100107375A KR 20100107375 A KR20100107375 A KR 20100107375A KR 101145297 B1 KR101145297 B1 KR 101145297B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium ion
carbon
negative electrode
secondary battery
ion secondary
Prior art date
Application number
KR1020100107375A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120045684A (ko
Inventor
신원호
정형모
최장욱
강정구
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020100107375A priority Critical patent/KR101145297B1/ko
Publication of KR20120045684A publication Critical patent/KR20120045684A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101145297B1 publication Critical patent/KR101145297B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/04—Oxides; Hydroxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극조성물 및 (a)탄소나노구조체를 Etylene Glycol 용액에 첨가한 후 초음파를 이용하여 분산하는 단계; (b)전이금속 프리커서가 용해된 Ethylene Glycol 용액을 첨가하고, 환원제로서 1M NaOH 수용액을 첨가하는 단계; (c)마이크로웨이브 오븐에서 60～120초간 가열하여 상기 금속염을 환원한 후, 분산액을 6000～8000rpm에서 10～20분간 원심 분리하는 단계; (d)상기 원심분리 후 50～70℃에서 진공건조한 후, 250～350℃ 수소분위기에서 열처리한 후, 200℃ 공기 분위기에서 열처리하여 산화물-탄소 나노 복합체 혼성재료를 제조하는 단계;를 포함하는 산화물(Oxide)탄소(Carbon) 나노 복합체를 이용한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명을 통해 리튬의 흡착/탈리시 나노크기의 입자로 싸이즈가 줄어들며, 이는 용량이 증가하고 반응속도가 빨라지는 현상을 입증할 수 있었고, 순수 전이금속 산화물 또는 탄소나노구조체만 존재할 때보다 높은 용량을 보이고, 작은 금속으로 존재하므로 고출력의 음극 구현이 가능하므로 산업상 이용가능성이 매우 높다고 할 것이다.

Description

싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발{Development of the Ultrahigh Power Lithium Ion Battery Anode Material Using Dynamically Size Transformable Metal Oxides-Carbon Nanostructure Composites}
본 발명은 리튬이온 이차전지 음극 조성물에 관한 기술이다. 보다 상세하게는 산화물(Oxide)탄소(Carbon) 나노 복합체를 이용한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로서 쓰이는 2차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 지금까지 개발된 2차전지는 그 종류가 10여개에 달하지만 가장 많이 사용되고 있는 것으로는 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지,니켈아연전지, 리튬 이온 2차전지 등이 있다. 이중에서 리튬 2차전지는 장수명, 고용량 등의 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로서 가장 주목을 받고 있다.
리튬 2차전지의 연구 개발은 1970년대초부터 시작되어 세계 각지의 연구기관들이 치열한 개발 경쟁을 벌여 실용화에 앞장서고 있다. 소니 에너지 테크사는 코발트산화물 활물질을 이용한 리튬 양극과 탄소재 음극으로 구성된 리튬 이온계 2차전지를 개발하였고, 몰리 에너지사는 니켈산화물 활물질을 이용한 리튬금속을 음극으로 하는 리튬 금속 2차전지를 상품화하였다.
일반적으로 입자의 크기를 조절하는 것은 다양한 산업적인 측면에서 매우 중요한 기술이다. 금속산화물은 리튬이온전지에서 음극재료로 사용이 되나 용량이 높은 반면 반응속도가 높지 않아 고출력 전지에 적합하지 않다. 따라서 이를 극복하여 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발하는 것이 본 발명의 목적이라 할 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 아래와 같은 본 발명에서는 리튬이온 이차전지 음극 조성물에 있어서, 산화물(Oxide)탄소(Carbon) 나노 복합체를 이용한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극조성물을 제공한다.
상기 산화물탄소 나노 복합체는 싸이즈 동적전이가 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명에서는 (a)탄소나노구조체를 Etylene Glycol 용액에 첨가한 후 초음파를 이용하여 분산하는 단계; (b)전이금속 프리커서가 용해된 Ethylene Glycol 용액을 첨가하고, 환원제로서 1M NaOH 수용액을 첨가하는 단계; (c)마이크로웨이브 오븐에서 60～120초간 가열하여 상기 금속염을 환원한 후, 분산액을 6000～8000rpm에서 10～20분간 원심 분리하는 단계; (d)상기 원심분리 후 50～70℃에서 진공건조한 후, 250～350℃ 수소분위기에서 열처리한 후, 200℃ 공기 분위기에서 열처리하는 단계;를 포함하는 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 탄소나노구조체는 나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene) 및 탄소나노리본(carbon nanoribbon)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전이금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Cn으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는 상기 산화물-탄소 나노 복합체 혼성재료를 PVDF(Polyvinylidene fluoride)와 무게비 9:1 섞은 후, NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 용액에 넣고 sonication과 stirring을 반복하여 산화물-탄소 나노 복합체 페이스트를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 탄소나노구조체에 금속산화물이 분산된 구조의 개발에 관한 것으로 탄소나노구조체는 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소나노리본 등 사용할 수 있고; 질소를 첨가하는 방법으로는 N2 플라즈마, NH3 플라즈마, 질소분위기의 고온열처리 등을 사용할 수 있으며; 산화물은 SnO2, TiO2, Fe3O4, Co3O4, NiO, MnO2, MoO3, WO3 등 중 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명을 통해 리튬의 흡착/탈리시 나노크기의 입자로 싸이즈가 줄어들며, 이는 용량이 증가하고 반응속도가 빨라지는 현상을 입증할 수 있었고, 순수 전이금속 산화물 또는 탄소나노구조체만 존재할 때보다 높은 용량을 보였다. 따라서 작은 금속으로 존재하므로 고출력의 음극 구현이 가능했다.
탄소나노구조체는 전기 전도도가 높고 비표면적이 넓기 때문에 나노입자를 형성시키는 지지체로서의 역할을 수행할 수 있으며, 전기화학적으로 안정하다. 따라서 나노크기의 금속산화물을 탄소나노구조체 위에 제조하는 기술은 고출력의 음극물질을 제조하는데 있어서 큰 이점이 있다는 유리한 효과가 인정된다. 나아가 전자이동속도를 늘릴 수 있고, 리튬이온의 확산 속도를 높여 반응이 더 효율적으로 일어나게 할 수 있다는 유리한 효과가 있다.
또한 이러한 금속산화물은 리튬이온이 흡착/탈리 과정을 거치면서 더 작은 크기의 금속산화물로 분리되어 전기화학적 특성이 훨씬 좋아지게 된다는 유리한 효과가 있다.
도 1은 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)에 관한 것이다.
도 2는 NiO-CNT, CNT 및 NiO의 Capacity를 비교한 것이다.
도 3은 NiO-CNT 전극을 아주 높은 charge/discharge rate (～500C)에서 실험한 결과이다.
도 4는 투과전자현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 이용해 분석한 것이다.
본 발명은 리튬이온 이차전지 음극 조성물에 있어서, 산화물(Oxide)탄소(Carbon) 나노 복합체를 이용한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극조성물에 관한 것이다.
상기 산화물탄소 나노 복합체는 싸이즈 동적전이가 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명은 (a)탄소나노구조체를 Etylene Glycol 용액에 첨가한 후 초음파를 이용하여 분산하는 단계; (b)전이금속 프리커서가 용해된 Ethylene Glycol 용액을 첨가하고, 환원제로서 1M NaOH 수용액을 첨가하는 단계; (c)마이크로웨이브 오븐에서 60～120초간 가열하여 상기 금속염을 환원한 후, 분산액을 6000～8000rpm에서 10～20분간 원심 분리하는 단계; (d)상기 원심분리 후 50～70℃에서 진공건조 한후, 250～350℃ 수소분위기에서 열처리한 후, 200℃ 공기 분위기에서 열처리하는 단계;를 포함하는 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
상기 탄소나노구조체는 나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene) 및 탄소나노리본(carbon nanoribbon)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전이금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Cn으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는 상기 NiO-CNT 혼성재료를 PVDF(Polyvinylidene fluoride)와 무게비 9:1 섞은 후, NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 용액에 넣고 sonication과 stirring을 반복하여 NiO-CNT 페이스트를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 도면을 참조한 실시예에 근거하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] CNT의 제조
마그네트론 RF 스퍼터링(magnetron rf sputtering)방법으로 CNT 성장용 촉매(catalyst)를 제조하였다.
이때 기판은 SiO2/Si 기판을 사용하였으며, 증착온도를 200℃로 하고, 압력은 아르곤(Ar) 분위기로 15토르(Torr)에서 코발트(Co)를 증착하였다. 증착시 RF 파워(RF power)는 100W로 하였고 기판 위의 철 증착두께는 10nm로 하였다.
상기에서 기판에 증착시킨 철을 촉매 입자(catalyst particle)로 형성시키기 위하여 마이크로웨이브 화학기상증착법(Microwave enhanced CVD) 장비 내에서 600W의 마이크로웨이브 파워(microwave power)로 1분간 플라즈마(plasma) 처리를 행하였다.
기판에 코발트 입자가 형성되면 챔버(chamber)내에 코발트 입자가 형성된 기판을 놓고 20sccm의 메탄(CH4), 100sccm의 질소(N2)를 각각 챔버 내에 공급하고 플라즈마 반응을 실시하여 질소가 첨가된 탄소나노튜브를 제조하였다.
이때 챔버내의 온도는 700℃, 압력은 21토르(Torr)으로 유지하였으며 플라즈마 반응시 마이크로웨이브 파워는 600W으로 20분간 실시하였다.
제조된 탄소나노튜브의 질소함량을 XPS를 이용하여 분석한 결과 도 1에 나타난 바와 같이 2.98at% 였다. 생성된 질소의 농도는 0-10at%으로 조절이 가능하다.
[실시예 2] 그래핀(Graphene)의 제조
화학적인 산화 방법으로 먼저 Graphene oxide(GO)를 제조하였다. 사용되는 산화제는 과망간산나트륨(KMnO4)과 아질산나트륨(NaNO3)을 사용하였고 진한 황산(95%)를 용매로 사용하였다. Graphite 2g과 아질산 나트륨1g, 황산 46ml를 플라스크에 넣고 과망간산나트륨6g을 천천히 넣는다. 이때 용기 전체는 아이스베스에 있으며 반응시 온도가 10도 이상 올라가지 않도록 한다. 과망간산나트륨을 모두 주입하면 용액을 32～38℃의 온도 범위로 2시간 동안 유지한다. 그 후 90ml 의 물을 천천히 부어 온도가 95℃가 넘지 않도록 한다. 온도 95℃를 유지하면서 용액을 15분간 반응하게 한다. 반응한 후의 용액에 다시 여분의 물 280ml를 천천히 부은 후 따뜻한 3% 과산화수소수 280ml를 넣는다.
완성된 GO의 용액을 다시 중성으로 만들기 위해 필터링 과정을 여러 번 거쳐 중성으로 만들어 준다. 이때 필터링 중간에 10% 염산으로 5회 정도 씻어주어 여분의 금속 입자를 제거해 준다. 중성이 된 GO를 다시 물에 풀어 초음파를 가하여 분산 시킨다. 30분 이상 초음파로 분산 시킨 GO용액을 센트리퓨지에 넣고 10000g의 중력으로 15분 이상 돌린다. 이 후 가라않은 GO를 버리고 투명한 분산이 잘된 GO를 고른다. 정제된 GO를 다시 80℃ 진공오븐에 말려 보관한다.
화학적으로 합성한 GO를 다시 환원시켜 Graphene을 제조하였다.사용되는 시약은 환원제로 사용할 hydrazine(H2N2), 암모니아수(NH4OH)를 사용하였다.
정제된 GO를 특정 농도로 물에 분산시킨다. 이때 분산 농도는 0.5mg/ml이다. GO 분산을 위해 물을 넣고 초음파 처리 30분 정도 하여 GO를 분산시킨다. 이렇게 분산된 GO에 28% 농도의 암모니아수를 물 10ml당 28㎕를 첨가한다. 이때 용액의 pH는 11 정도이다. pH가 조절된 용액에 Hydrazine을 첨가한다. Hydrazine의 양은 GO의 1/8로 한다. 그 후 용액을 마그네틱 스핀바로 혼합하면서 100℃로 가열하여 1시간 동안 반응시킨다. 만들어진 graphene을 다시 필터링하여 중선으로 만든 후 진공오븐에서 건조하여 사용한다.
[실시예 3] NiO-CNT 전극 제조
본 실시예에서는 탄소나노구조체로서 탄소나노튜브(CNT)를 이용하였다.
CNT 5mg을 Etylene Glycol 용액 50ml에 첨가한 후 초음파를 이용하여 분산하였다.
본 실시예에서 전이금속의 예시로서 Ni를 채용하였으며, 1ml의 10mM Ni(CH3COO)2/4H2O Ethylene Glycol 용액을 이용하였다. 환원제로는 0.5ml의 1M NaOH 수용액을 이용하였다.
상기의 금속염과 환원제를 첨가한 후 마이크로웨이브 오븐에서 90초간 가열하여 금속염을 환원한 후 분산액을 7000rpm에서 15분간 원심 분리한 다음 60℃에서 진공건조한 후 300℃ 수소분위기에서 열처리, 200℃ 공기 분위기에서 열처리함으로써 NiO-CNT 혼성재료를 제조하였다.
약 10mg의 NiO-CNT 혼성재료를 약 1.1mg의 Polyvinylidene fluoride(PVDF)와 (무게비 9:1) 섞고 15방울의 N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP) 용액에 넣고 sonication과 stirring을 반복하여 NiO-CNT 페이스트를 제조하였다.
18um 구리 호일 위에 200um의 두께로 펠렛을 제조한 뒤 80℃의 오븐에서 하룻밤 건조시켰다.
제조된 전극은 반쪽전지 테스트를 위해 글로브박스에 넣어서 한쪽 전극이 리튬 호일인 반쪽전지를 제조한다.
케이스-제조된 전극-분리막-게스켓-전해액-리튬 호일-스페이서-스프링-캡 순으로 제조한 뒤 프레서로 누른다.
분리막은 다공성 폴리프로필렌 멤브레인이며, 전해액은 LiPF6 in DC/EDC(1:1)을 사용하였다.
반쪽전지 테스트를 위해 지그 위에 올려두고 전류값을 유지한 상태로 0.001V/3V까지 전극의 특성을 살펴보았다.
반쪽전지 테스트를 1 회 행한 후 글로브 박스 안에서 반쪽전지를 벗긴 다음에 전극을 acetonitrile에 2시간 이상 세척한 후 acetone에 넣어서 sonication을 통해 구리 호일에서 벗겨내고, TEM 그리드에 올려서 입자의 변화를 시각적으로 확인하였다(도 4 참조).
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
탄소나노구조체는 전기 전도도가 높고 비표면적이 넓기 때문에 나노입자를 형성시키는 지지체로서의 역할을 수행할 수 있으며, 전기화학적으로 안정하고, 나노크기의 금속산화물을 탄소나노구조체 위에 제조하는 기술은 고출력의 음극물질을 제조하는데 있어서 큰 이점이 있다.
나아가 전자이동속도를 늘릴 수 있고, 리튬이온의 확산 속도를 높여 반응이 더 효율적으로 일어나게 할 수 있으며, 이러한 금속산화물은 리튬이온이 흡착/탈리 과정을 거치면서 더 작은 크기의 금속산화물로 분리되어 전기화학적 특성이 훨씬 좋아지게 된다.
본 발명을 통해 리튬의 흡착/탈리시 나노크기의 입자로 싸이즈가 줄어들며, 이는 용량이 증가하고 반응속도가 빨라지는 현상을 입증할 수 있었고, 순수 전이금속 산화물 또는 탄소나노구조체만 존재할 때보다 높은 용량을 보이고, 작은 금속으로 존재하므로 고출력의 음극 구현이 가능하므로 산업상 이용가능성이 매우 높다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 산화물(Oxide) 탄소(Carbon) 나노 복합체를 이용한 리튬이온 이차전지 음극조성물에 있어서, 상기 산화물 탄소 나노 복합체는 싸이즈 동적전이가 가능한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물.
  3. (a)탄소나노구조체를 Etylene Glycol 용액에 첨가한 후 초음파를 이용하여 분산하는 단계; (b)전이금속 프리커서가 용해된 Ethylene Glycol 용액을 첨가하고, 환원제로서 1M NaOH 수용액을 첨가하는 단계; (c)마이크로웨이브 오븐에서 60～120초간 가열하여 상기 금속염을 환원한 후, 분산액을 6000～8000rpm에서 10～20분간 원심 분리하는 단계; (d)상기 원심분리 후 50～70℃에서 진공건조한 후, 250～350℃ 수소분위기에서 열처리한 후, 200℃ 공기 분위기에서 열처리하는 단계;를 포함하는 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 탄소나노구조체는 나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene) 및 탄소나노리본(carbon nanoribbon)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전이금속은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg 및 Cn으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서, (e)상기 산화물-탄소 나노 복합체를 PVDF(Polyvinylidene fluoride)와 무게비 9:1 섞은 후, NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 용액에 넣고 sonication과 stirring을 반복하여 산화물-탄소 나노 복합체 페이스트를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 음극 조성물의 제조방법.
KR1020100107375A 2010-10-30 2010-10-30 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발 KR101145297B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100107375A KR101145297B1 (ko) 2010-10-30 2010-10-30 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100107375A KR101145297B1 (ko) 2010-10-30 2010-10-30 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120045684A KR20120045684A (ko) 2012-05-09
KR101145297B1 true KR101145297B1 (ko) 2012-05-14

Family

ID=46271974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100107375A KR101145297B1 (ko) 2010-10-30 2010-10-30 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101145297B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101470927B1 (ko) * 2013-09-13 2014-12-09 한국에너지기술연구원 산화구리-산화아연/환원된 그래핀 옥사이드 복합체의 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465213B1 (ko) * 2014-01-03 2014-11-25 성균관대학교산학협력단 리튬 망간 산화물-탄소 나노복합체 및 이의 제조 방법
WO2016099231A1 (ko) * 2014-12-19 2016-06-23 이화여자대학교 산학협력단 무기 나노입자-탄소나노튜브 복합체, 및 이의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007213859A (ja) 2006-02-07 2007-08-23 Tokyo Institute Of Technology 酸化物複合材料、その製造方法および酸化還元電極
KR20100028356A (ko) * 2008-09-04 2010-03-12 한국과학기술연구원 전이금속 산화물/다층벽 탄소나노튜브 나노복합체 및 이의 제조방법
JP2010212309A (ja) 2009-03-06 2010-09-24 Nippon Chemicon Corp 電極材料及びこの電極材料を含有する電極
KR20110023263A (ko) * 2009-08-31 2011-03-08 서울대학교산학협력단 금속 산화물-탄소 나노복합재료의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007213859A (ja) 2006-02-07 2007-08-23 Tokyo Institute Of Technology 酸化物複合材料、その製造方法および酸化還元電極
KR20100028356A (ko) * 2008-09-04 2010-03-12 한국과학기술연구원 전이금속 산화물/다층벽 탄소나노튜브 나노복합체 및 이의 제조방법
JP2010212309A (ja) 2009-03-06 2010-09-24 Nippon Chemicon Corp 電極材料及びこの電極材料を含有する電極
KR20110023263A (ko) * 2009-08-31 2011-03-08 서울대학교산학협력단 금속 산화물-탄소 나노복합재료의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101470927B1 (ko) * 2013-09-13 2014-12-09 한국에너지기술연구원 산화구리-산화아연/환원된 그래핀 옥사이드 복합체의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120045684A (ko) 2012-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Su et al. Role of transition metal nanoparticles in the extra lithium storage capacity of transition metal oxides: a case study of hierarchical core–shell Fe 3 O 4@ C and Fe@ C microspheres
Yang et al. ZnO nanoparticles filled tetrapod-shaped carbon shell for lithium-sulfur batteries
Chang et al. Hierarchical CoO microflower film with excellent electrochemical lithium/sodium storage performance
Gan et al. One-pot biotemplate synthesis of FeS2 decorated sulfur-doped carbon fiber as high capacity anode for lithium-ion batteries
JP6241480B2 (ja) 高分散性グラフェン組成物およびその製造方法、ならびに高分散性グラフェン組成物を含むリチウムイオン二次電池用電極
Liu et al. Novel plasma-engineered MoS2 nanosheets for superior lithium-ion batteries
Wu et al. Synthesis and characterization of Fe@ Fe2O3 core-shell nanoparticles/graphene anode material for lithium-ion batteries
Liu et al. MoS 2@ C with S vacancies vertically anchored on V 2 C-MXene for efficient lithium and sodium storage
KR20100041567A (ko) 탄소나노튜브 피복 실리콘-금속 복합 입자 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 이차전지용 음극 및 이차전지
CN104009205A (zh) 一种中空石墨烯球及其制备方法和用途
KR101406371B1 (ko) 3차원 구조의 금속 또는 금속산화물/그래핀 나노복합체 및 이의 제조 방법
CN107331839A (zh) 一种碳纳米管负载纳米二氧化钛的制备方法
CN114039060B (zh) 一种N-TiO2/Ti3C2Tx异质MXene结构材料、制备及其应用
Chen et al. MOF-derived cobalt Disulfide/Nitrogen-doped carbon composite polyhedrons linked with Multi-walled carbon nanotubes as sulfur hosts for Lithium-Sulfur batteries
Wang et al. Fe nanopowder-assisted fabrication of FeO x/porous carbon for boosting potassium-ion storage performance
Wang et al. In situ grown MnO 2/graphdiyne oxide hybrid 3D nanoflowers for high-performance aqueous zinc-ion batteries
Li et al. Facile synthesis of an Fe 3 O 4/FeO/Fe/C composite as a high-performance anode for lithium-ion batteries
Jia et al. Fabrication of NiO–carbon nanotube/sulfur composites for lithium-sulfur battery application
Deng et al. Carbon nanotube-supported polyimide nanoarrays as sulfur host with physical/chemical polysulfide-traps for Li–S batteries
Zou et al. Self-reductive synthesis of MXene/Na 0.55 Mn 1.4 Ti 0.6 O 4 hybrids for high-performance symmetric lithium ion batteries
Kong et al. Ultra-thin 2D MoO2 nanosheets coupled with CNTs as efficient separator coating materials to promote the catalytic conversion of lithium polysulfides for advanced lithium-sulfur batteries
KR101145297B1 (ko) 싸이즈 동적 전이가 가능한 산화물탄소 나노 복합체를 이용한 초고출력 리튬이온 이차전지 음극 재료 개발
CN105810918B (zh) 一种原位合成TiO2介晶‑碳‑石墨烯纳米复合材料的方法及其应用
CN109786769A (zh) 一种碳载贵金属氧化物双功能催化剂及其制备方法和应用
Zhou et al. Accelerating polysulfides conversion by constructing Lewis acidic Mn-N4 single atomic sites for Li-S battery with high sulfur loading

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150429

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160427

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 8