KR101359861B1 - Composite particle having metal oxide infiltrated in pores or hydrophilic surface of particle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입자의 기공 내 또는 입자의 친수성 표면에 금속산화물이 침윤되어 있는 복합체로서, 금속산화물은 상기 금속산화물의 금속전구체가 기공 내 또는 친수성 표면 상에 존재하는 수분과 반응하여 형성된 것이 특징인 복합체; 및 상기 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자를 제공한다.The present invention is a composite in which a metal oxide is infiltrated in the pores of the particles or the hydrophilic surface of the particles, the metal oxide is a composite characterized in that the metal precursor of the metal oxide is formed by reacting with water present in the pores or on the hydrophilic surface ; And it provides an electrochemical device using the complex as an electrode active material.

또한, 본 발명은 다공성 입자의 기공 내 또는 친수성 입자의 친수성 표면에 금속산화물을 침윤시키는 방법으로서, 상기 다공성 입자 또는 친수성 입자를 수화시키는 제1단계; 및 수분과 반응하여 금속산화물을 형성할 수 있는 금속전구체를 상기 수화된 입자 내 수분과 접촉 및 반응시키는 제2단계를 포함하는 것이 특징인 침윤 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a method of infiltrating the metal oxide in the pores of the porous particles or on the hydrophilic surface of the hydrophilic particles, the first step of hydrating the porous particles or hydrophilic particles; And a second step of contacting and reacting a metal precursor capable of reacting with water to form a metal oxide with water in the hydrated particles.

Description

입자의 기공 내 또는 입자의 친수성 표면에 금속산화물이 침윤되어 있는 복합체 {COMPOSITE PARTICLE HAVING METAL OXIDE INFILTRATED IN PORES OR HYDROPHILIC SURFACE OF PARTICLE}COMPOSITE PARTICLE HAVING METAL OXIDE INFILTRATED IN PORES OR HYDROPHILIC SURFACE OF PARTICLE} Incorporating Metal Oxides Into Pores of Particles or Hydrophilic Surfaces of Particles

도 1은 일반적인 하드카본; 실시예 1에서 제조된 하드카본/타이타니아 복합체의 X-ray diffraction pattern을 나타낸 그래프이다. 1 is a typical hard carbon; It is a graph showing the X-ray diffraction pattern of the hard carbon / titania composite prepared in Example 1.

도 2은 일반적인 하드카본; 실시예 1에서 제조된 하드카본/타이타니아 복합체; 퓸드타이타니아가 포함된 하드카본의 수분 함량을 나타낸 그래프이다.2 is a typical hard carbon; Hardcarbon / titania composites prepared in Example 1; A graph showing the moisture content of hard carbon containing fumed titania.

도 3는 상기 세가지 물질을 리튬 이차 전지의 음극활물질로 사용했을 때 비축전용량을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing specific capacitance when the three materials are used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery.

도 4는 일반적인 활성탄소; 실시예 3에서 제조된 활성탄소/타이타니아 복합체; 퓸드타이타니아가 포함된 활성탄소의 수분 함량을 나타낸 그래프이다.4 is a typical activated carbon; Activated carbon / titania composite prepared in Example 3; It is a graph showing the water content of activated carbon containing fumed titania.

도 5는 상기 세가지 물질을 이온 흡탈착식 전기화학소자의 전극활물질로 사용했을 때 비축전용량을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing specific capacitance when the three materials are used as an electrode active material of an ion adsorption-desorption electrochemical device.

본 발명은 입자의 기공 내 또는 입자의 친수성 표면에 금속산화물이 침윤되 어 있는 복합체로서, 전기화학소자의 전극활물질로 사용가능한 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a composite in which a metal oxide is infiltrated in the pores of particles or the hydrophilic surface of the particles, and can be used as an electrode active material of an electrochemical device.

전기화학소자는 전력을 축적 및 저장하여 외부 전기 회로로 보낼 수 있도록 하는 장치이다. 예로는 산화 환원 반응에 의해 화학적 에너지를 전기적 에너지로 전환시키는 전지(battery), 전하가 양(兩) 전극 표면에 흡탈착하여 에너지를 저장하는 흡탈착 방식의 에너지 저장 소자(예, 전기 이중층 캐패시터, 슈퍼캐패시터, 슈도캐패시터 등) 등이 있다.Electrochemical devices are devices that accumulate and store power and send it to external electrical circuits. Examples include batteries for converting chemical energy into electrical energy by a redox reaction, and energy storage devices (eg, electric double layer capacitors) of an adsorption-and-desorption method in which charge is absorbed and desorbed on a positive electrode surface to store energy. Supercapacitors, pseudocapacitors, etc.).

전기화학소자는 음극과 양극, 상기 두개의 전극 사이에 위치하여 두 개의 전극을 전기적으로 절연시키는 분리막, 전해질 및 이들을 수용하는 외장재를 구비할 수 있다.The electrochemical device may include a separator, an electrolyte, and an exterior material for accommodating the two electrodes, the cathode and the anode being positioned between the two electrodes to electrically insulate the two electrodes.

전지의 일례로 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 흡장 및 탈리(intercalation-deintercalation) 메커니즘에 의해서 충방전이 이루어진다. 예컨대, 충방전시 리튬 이온의 흡장 및 탈리는 음극의 흑연층 사이에서 일어나며, 금속산화물의 경우 아나타아제 크리스탈 형태의 레이어 사이에서 또한 일어날 수 있다.In one example of the battery, the rechargeable lithium battery is charged and discharged by an intercalation-deintercalation mechanism of lithium ions. For example, occlusion and desorption of lithium ions during charge and discharge occurs between the graphite layers of the negative electrode, and in the case of metal oxides, may also occur between layers in the form of anatase crystals.

한편, 흡탈착 방식의 에너지 저장 소자는 전하의 표면 흡착에 의해 에너지를 저장하는 장치이다. 이때, 전하의 흡착은 전극과 전해질 사이의 계면에서 일어난다. 일반적으로 흡탈착을 기초로 하는 전기화학소자의 핵심 소재는 전극(electrode)이다. 전극은 일반적으로 집전체와 상기 집전체 상에 접착된 전극활물질로 구성되며, 이때 집전체와 전극활물질은 각각 전자를 전도시키는 역할과 전해질로부터 전하를 흡착하는 역할을 하게 된다. On the other hand, the energy storage element of the adsorption-desorption method is a device for storing energy by the surface adsorption of charge. At this time, the adsorption of charge occurs at the interface between the electrode and the electrolyte. In general, the core material of an electrochemical device based on adsorption and desorption is an electrode. The electrode is generally composed of a current collector and an electrode active material adhered to the current collector, in which the current collector and the electrode active material respectively serve to conduct electrons and adsorb charges from the electrolyte.

상기 흡탈착 방식의 에너지 저장 소자의 대표적인 전극활물질은 활성 탄소이다. 전기 이중층 캐패시터 (EDLC; electric double layer capacitor)와 같은 흡탈착 방식의 에너지 저장 소자는 속도가 우수하여, 고출력이 필요로 하는 소자나 보조 전원 등으로 사용되고 있으나 에너지 밀도가 작아 실제 사용에 있어서 제한이 따른다.Representative electrode active material of the energy storage device of the adsorption-desorption method is activated carbon. Adsorption-and-desorption type energy storage devices such as electric double layer capacitors (EDLC) have excellent speeds and are used as devices requiring high output or auxiliary power supplies, but they have limited energy density due to their low energy density. .

일반적으로 전지용 전극의 제조 공정은 일반적인 전극활물질에 바인더, 물 또는 유기 용매 등을 혼합한 슬러리(slurry)를 적당한 양과 두께로 박판의 금속 포일 위에 도포하고 건조하는 공정을 포함한다. 상기 슬러리는 건조(drying) 후에도 수분이 잔류하는 경우가 많으며, 특히 하드카본 등과 같이 다공성 또는 친수성 표면을 가진 전극 재료의 경우 전기화학소자를 조립하는 비교적 건조한 환경에서도 수분 흡착력이 높아 전극 재료에 수분이 존재하게 된다.In general, the manufacturing process of the battery electrode includes a step of applying and drying a slurry (slurry) in which a common electrode active material, a binder, water or an organic solvent and the like in an appropriate amount and thickness on a thin metal foil. The slurry often retains moisture even after drying. In particular, in the case of an electrode material having a porous or hydrophilic surface such as hard carbon, the slurry has high moisture adsorption power even in a relatively dry environment in which an electrochemical device is assembled. It will exist.

상기와 같이 제조공정 중 또는 물질 특성상 전극에 포함된 수분은 전해질에 녹아있는 염 중 플루오르 성분과 반응하여 불산을 형성하고, 형성된 불산은 양극활물질을 녹이는 등 불필요한 전극 표면 반응을 야기시켜 전지 성능을 감소시키는 문제가 있다. 또한, 리튬 이온 전지의 경우 전극 내 존재하는 수분은 리튬과 반응하여 수소 가스를 발생시킴으로써 전지의 성능을 저하시키거나 전지 내의 압력을 높여 폭발할 위험을 초래한다. 따라서 전극 제작에 있어서 수분 제거는 매우 중요하다.As described above, the moisture contained in the electrode during the manufacturing process or the material characteristics reacts with the fluorine component in the salt dissolved in the electrolyte to form hydrofluoric acid, and the formed hydrofluoric acid causes unnecessary electrode surface reaction such as melting the positive electrode active material, thereby reducing battery performance. There is a problem. In addition, in the lithium ion battery, the moisture present in the electrode reacts with lithium to generate hydrogen gas, thereby degrading the performance of the battery or increasing the pressure in the battery, thereby causing a risk of explosion. Therefore, moisture removal is very important in electrode production.

전지의 수분을 제거하는 방법은 여러 가지로 제시되어 있지만, 조립 후 발생하거나 조립시 전극이 흡착한 수분을 다른 물질에 흡착시켜 제거하는 방식을 주로 사용하였다. 예컨대, 셀 조립 후 발생하는 수분을 잡기 위해 수분 흡습 물질인 알루미나나 제올라이트, 실리카 입자를 전극이나 분리막에 포함시키는 방법이 주로 사용되는데, 이는 수분을 원천적으로 제거하는 방법은 아니다.Various methods for removing water from a battery have been proposed, but the method of removing water by assembling or adsorbing moisture from an electrode during assembly is mainly used. For example, in order to catch moisture generated after cell assembly, a method of including alumina, zeolite, and silica particles, which are moisture absorbing materials, in an electrode or a separator, is mainly used.

또 다른 전극 수분제거방법으로는 적당한 속도의 열풍을 적당한 풍량으로 코팅 전극의 상, 하에서 불게 하여 전극을 건조시키는 것으로 1단계 또는 2단계로 이루어지는 것이 일반적이다. 그러나, 상기 기술은 실제로 먼저 전극 표면에서 용매의 기화가 발생하여 결과적으로 고형화가 완료되면 내부의 용매분자가 표면으로 빠져 나오기가 어렵게 되어 잔류 수분이 많아지게 되거나, 또는 사용하는 슬러리(Slurry)의 고형분 함량과 전체 휘발량 등에 따라서 건조 공정이 어려운 문제점이 있다. 또한, 급히 빠져 나오는 내부 용매분자로 인해, 전극 표면의 핀홀, 분화구 형상의 결점(Deffect)이 발생하는 문제도 있다.In another method of removing moisture from an electrode, hot air at an appropriate speed is blown up and down the coated electrode at an appropriate amount of air to dry the electrode. However, in the above technique, the solvent vaporizes on the surface of the electrode first, and as a result, when the solidification is completed, it is difficult for the solvent molecules to escape to the surface, resulting in high residual moisture, or solid content of the slurry used. There is a problem that the drying process is difficult depending on the content and the total volatilization. In addition, there is a problem in that pinholes on the surface of the electrode and a crater shape (Deffect) occur due to the internal solvent molecules rapidly exiting.

본 발명은 하드카본 또는 활성탄소와 같이 친수성 표면을 갖거나 내부 표면적이 커서 기공이 잘 발달된 입자 중 입자의 친수성 표면 또는 기공 내에 수분이 흡착된다는 것을 이용하여, 즉 상기 흡착된 수분을 금속산화물의 금속전구체와 반응시켜 금속산화물(예, 타이타니아)로 치환시킴으로써, 탄소 물질과 같은 입자 기공 내부 또는 친수성 표면에 금속산화물이 침윤되어 흡착된 복합체를 제공하고자 한다.The present invention utilizes that water is adsorbed on the hydrophilic surface or pores of particles having a hydrophilic surface or a large pore well-developed pore, such as hard carbon or activated carbon. By reacting with metal precursors and substituting metal oxides (eg, titania), metal oxides are infiltrated into particle pores such as carbon materials or on hydrophilic surfaces to provide a complex of adsorbed metals.

본 발명은 입자의 기공 내 또는 입자의 친수성 표면에 금속산화물이 침윤되 어 있는 복합체로서, 금속산화물은 상기 금속산화물의 금속전구체가 기공 내 또는 친수성 표면 상에 존재하는 수분과 반응하여 형성된 것이 특징인 복합체; 및 상기 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자를 제공한다.The present invention is a composite in which the metal oxide is infiltrated into the pores of the particles or the hydrophilic surface of the particles, the metal oxide is characterized in that the metal precursor of the metal oxide is formed by reacting with the moisture present in the pores or on the hydrophilic surface Complex; And it provides an electrochemical device using the complex as an electrode active material.

또한, 본 발명은 다공성 입자의 기공 내 또는 친수성 입자의 친수성 표면에 금속산화물을 침윤시키는 방법으로서, 상기 다공성 입자 또는 친수성 입자를 수화시키는 제1단계; 및 수분과 반응하여 금속산화물을 형성할 수 있는 금속전구체를 상기 수화된 입자 내 수분과 접촉 및 반응시키는 제2단계를 포함하는 것이 특징인 침윤 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a method of infiltrating the metal oxide in the pores of the porous particles or on the hydrophilic surface of the hydrophilic particles, the first step of hydrating the porous particles or hydrophilic particles; And a second step of contacting and reacting a metal precursor capable of reacting with water to form a metal oxide with water in the hydrated particles.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

하드카본은 전지와 같이 산화환원반응에 의해 화학적 에너지를 전기적 에너지로 전환시킬 수 있는 전기화학소자의 전극활물질로 사용되고 있다. 하드카본의 표면은 수분을 잘 흡착할 수 있는 하이드록시기와 같은 관능기를 가지고 있으며, 전지를 조립하는 비교적 건조한 환경에서도 하드카본의 수분 함유율은 많게는 약 2,000ppm 까지 증가한다. 하드카본에 흡착된 수분은 하드카본을 전극활물질로 사용하는 전지에 결정적인 영향을 끼쳐 성능 저하를 초래하며, 하드 카본의 표면을 개질하지 않는 한 수분을 흡착하는 특성은 바뀌지 않을 것이다.Hard carbon is used as an electrode active material of an electrochemical device capable of converting chemical energy into electrical energy by a redox reaction like a battery. The surface of the hard carbon has a functional group such as a hydroxyl group that can adsorb moisture well, and the water content of the hard carbon increases up to about 2,000 ppm even in a relatively dry environment in which batteries are assembled. Moisture adsorbed on the hard carbon has a decisive effect on the battery using the hard carbon as an electrode active material, causing a decrease in performance, and the property of absorbing moisture will not change unless the surface of the hard carbon is modified.

한편, 활성탄소는 내부 표면적이 큰 무정형 탄소의 집합체로서(내부 표면적이 대략 1,000m/g), 표면의 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 및 기체의 피흡착성 분자와 강하게 흡착하는 특성이 있으므로, 활성탄소의 기공과 같은 내부 표면에 수분을 흡착시킬 수 있다. 상기 활성탄소는 전기 이중층 캐패시터와 같이 전하의 표 면흡착에 의해 에너지를 저장하는 전기화학소자의 전극활물질로 사용되고 있다.On the other hand, activated carbon is an aggregate of amorphous carbons having a large internal surface area (internal surface area of approximately 1,000 m / g), and the functional group of the carbon atoms on the surface strongly adsorbs with the adsorbable molecules of the surrounding liquid and gas. Moisture can be adsorbed on internal surfaces such as pores. The activated carbon is used as an electrode active material of an electrochemical device that stores energy by surface adsorption of electric charge, such as an electric double layer capacitor.

한편, 타이타늄 테트라클로라이드는 수분과 반응하여 타이타니아와 염산을 형성한다.On the other hand, titanium tetrachloride reacts with water to form hydrochloric acid with titania.

TiCl4 + 2H2O -> TiO2 + 4HClTiCl 4 + 2H 2 O-> TiO 2 + 4HCl

타이타니아 역시 전극활물질로 사용될 수 있으며 입자 크기가 나노 사이즈인 경우 리튬의 흡탈착이 훨씬 더 용이하다는 보고가 있다 (Angewandte Chemie vol. 44 page.797 year 2005). 이 보고의 경우 메톡시 타이타니아의 솔젤 반응을 사용하여 나노 사이즈의 타이타니아를 형성하였다.Titania can also be used as an electrode active material and it is reported that the adsorption and desorption of lithium is much easier when the particle size is nano-size (Angewandte Chemie vol. 44 page. 797 year 2005). For this report, the Solzel reaction of methoxy titania was used to form nano-sized titania.

본 발명은 하드카본 또는 활성탄소와 같이 친수성 표면을 갖거나 내부 표면적이 커서 기공이 잘 발달된 입자 중 입자의 친수성 표면 또는 기공 내에 수분이 흡착된다는 것을 이용하여, 즉 상기 흡착된 수분을 금속산화물의 금속전구체와 반응시켜 금속산화물(예, 타이타니아)로 치환시킴으로써, 탄소 물질과 같은 입자 기공 내부 또는 친수성 표면에 금속산화물이 침윤되어 흡착된 복합체를 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention utilizes that water is adsorbed on the hydrophilic surface or pores of particles having a hydrophilic surface or a large pore well-developed pore, such as hard carbon or activated carbon. By reacting with the metal precursor and replacing it with a metal oxide (eg, titania), the metal oxide is infiltrated inside the particle pores or a hydrophilic surface, such as a carbon material, to provide an adsorbed composite.

본 발명은 입자의 기공 내부 또는 표면에 흡착된 수분과의 반응에 의하여 입자의 기공 내부 또는 표면을 금속산화물로 개질하기 때문에, 본 발명에서 침윤 대상 입자는 높은 수분함유량을 가질 수 있는 다공성 입자 또는 친수성 입자가 바람직하다. 다공성 입자는 다공성에 기인한 흡착력에 의하여 기공 내에 수분을 함유하고 있으며, 친수성 입자는 하이드록시기와 같은 친수성 작용기를 가지고 있는 등 물질 특성상 입자 표면 내에 쉽게 수분을 흡착할 수 있다. 상기 다공성 입자 또는 친수성 입자는 상기 특성에 의하여 공기 중에서 수분 함유량이 100ppm이상일 수 있다. Since the present invention modifies the inside or surface of the particles with metal oxides by reaction with moisture adsorbed on or inside the pores of the particles, the particles to be infiltrated in the present invention are porous particles or hydrophilic materials that may have a high water content. Particles are preferred. Porous particles contain moisture in the pores due to the adsorption force due to porosity, and the hydrophilic particles can easily adsorb moisture in the particle surface due to material properties such as having a hydrophilic functional group such as a hydroxyl group. The porous particles or the hydrophilic particles may have a moisture content of 100 ppm or more in the air by the above characteristics.

상기 다공성 입자 또는 친수성 입자의 대표적인 예로는 하드카본, 활성탄소를 들 수 있는데 이들의 경우 비교적 건조한 환경에서도 수분 함유율이 많게는 약 2000ppm 까지 증가한다. 또한 리튬 망간 산화물(lithiated magnesium oxide), 리튬 코발트 산화물(lithiated cobalt oxide), 리튬 니켈 산화물 (lithiated nickel oxide), 카본(carbon), 석유 코크(petroleum coke), 그래파이트(graphite) 등의 일반적인 전극활물질의 경우는 리튬흡탈착이 가능하고 수분이 흡착될 수 있는 다공성 입자이다.Representative examples of the porous particles or hydrophilic particles include hard carbon and activated carbon, which increase the water content to about 2000 ppm even in a relatively dry environment. In addition, the general electrode active materials such as lithium manganese oxide (lithiated magnesium oxide), lithium cobalt oxide (lithiated cobalt oxide), lithium nickel oxide (lithiated nickel oxide), carbon (carbon), petroleum coke, graphite (graphite) In this case, lithium is a porous particle capable of adsorption and desorption and moisture can be adsorbed.

본 발명에 따라 금속산화물이 침윤되어 있는 복합체는 침윤 대상 입자의 수분흡착력; 사용되는 수분과의 화학반응의 자발성 정도; 반응조건에 따라 복합체 대비 1중량% 내지 98중량%의 금속산화물 함유율을 가질 수 있다.The composite in which the metal oxide is infiltrated in accordance with the present invention is a water adsorption capacity of the particles to be infiltrated; The degree of spontaneity of the chemical reaction with the water used; It may have a metal oxide content of 1% to 98% by weight based on the reaction conditions.

본 발명에 따라 입자 기공 내부 또는 친수성 표면에 침윤된 상기 금속산화물은 입자 기공 내부 또는 친수성 표면의 수분과 금속산화물의 금속전구체와의 반응에 의하여 형성되므로 나노 크기로 형성될 수 있으며, 입경이 1 내지 10nm 일 수 있다. According to the present invention, since the metal oxide infiltrated into the particle pores or the hydrophilic surface is formed by the reaction of the metal precursor with the water and the metal oxide inside the particle pores or the hydrophilic surface, it may be formed in a nano size, the particle diameter is 1 to May be 10 nm.

입자 기공 내부 또는 친수성 표면에 침윤된 상기 금속산화물은 전하를 충방전할 수 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 금속산화물은 리튬금속산화물과 같이 산화환원반응에 의해 화학적 에너지를 전기적 에너지로 전환시킬 수 있는 것이 바 람직하다. 예컨대, 타이타니아와 같은 금속산화물은 전하를 흡장/탈리할 수 있어 음극활물질과 같은 전극활물질 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 전극활물질 역할을 수행할 수 있는 금속산화물이 침윤되어 있는 복합체는 전극활물질로 사용할 수 있다.It is preferable that the metal oxide infiltrated into the particle pores or the hydrophilic surface can be charged and discharged. For example, it is preferable that the metal oxide can convert chemical energy into electrical energy by redox reaction like lithium metal oxide. For example, metal oxides such as titania may occlude / desorse charges and thus may serve as electrode active materials such as negative electrode active materials. Therefore, the composite having the metal oxide infiltrated to serve as the electrode active material can be used as the electrode active material.

한편, 상기 금속산화물은 비결정질 또는 결정질일 수 있으며, 전극활물질로서 작용하기 위해 소결에 의하여 결정질화시킬 수 있다.Meanwhile, the metal oxide may be amorphous or crystalline, and may be crystallized by sintering to act as an electrode active material.

또한, 본 발명에 따른 복합체 중 금속산화물의 침윤 대상 입자가 하드카본 또는 활성탄소와 같이 전극활물질로 사용되는 물질인 경우 이러한 금속산화물이 침윤됨으로써 상기 복합체는 전기화학소자의 전극활물질로 사용시 전극 용량이 증대될 수 있으며, 하드카본 또는 활성탄소와 같은 전극활물질 내 수분 제거 효과도 발휘될 수 있다(도 2, 도 3 및 도 4 참조). 따라서, 상기 금속산화물 및 상기 침윤 대상 입자는 충방전이 가능한 전극활물질인 것이 바람직하다.In addition, when the particles to be infiltrated in the composite according to the present invention is a material used as an electrode active material, such as hard carbon or activated carbon, the metal oxide is infiltrated so that the composite has an electrode capacity when used as an electrode active material of an electrochemical device. It can be increased, and the water removal effect in the electrode active material such as hard carbon or activated carbon can also be exerted (see FIGS. 2, 3 and 4). Therefore, the metal oxide and the particles to be infiltrated are preferably an electrode active material capable of charging and discharging.

한편, 전하의 표면흡착에 의해 에너지를 저장하는 전극활물질(예, 활성탄소)은 표면에서만 전하가 흡착되는 관계로 전기 용량(캐패시턴스값)이 작은 반면, 산화환원반응에 의해 화학적에너지를 전기적 에너지로 전환시키는 전극활물질(예, 금속산화물)은 입자 속까지 리튬이온과 같은 전하가 들어가 입자 전체로서 전기용량에 기여하므로 전기용량이 크다. 따라서 전하의 표면흡착에 의해 에너지를 저장하는 전극활물질에 금속산화물을 침윤시킨 경우 전기용량 증가에 기여할 수 있다. 예컨대, 타이타니아와 같은 금속산화물은 리튬 이온을 흡장/탈리할 수 있으며, 따라서 활성탄소에 타이타니아를 침윤시킨 복합체의 경우 전기용량이 증대될 수 있다 (도 5 참조).On the other hand, an electrode active material (e.g., activated carbon) that stores energy by surface adsorption of charge has a small electric capacity (capacitance value) because charge is adsorbed only on the surface, whereas chemical energy is converted into electrical energy by a redox reaction. The electrode active material (eg, metal oxide) to be converted has a large capacitance because charges such as lithium ions enter the particles and contribute to the capacitance as a whole particle. Therefore, when metal oxide is infiltrated into the electrode active material that stores energy by surface adsorption of electric charges, it may contribute to an increase in capacitance. For example, metal oxides such as titania may occlude / desorption lithium ions, and thus the capacitance may be increased in the case of a composite in which titania is infiltrated into activated carbon (see FIG. 5).

또한 본 발명에서 제공하는 복합체에 침윤되는 금속산화물은 상술한 바와 같이 나노 크기일 수 있으므로 전기화학소자의 전기용량 증가에 더욱 효과적으로 작용할 수 있다.In addition, the metal oxide infiltrated into the composite provided by the present invention may have a nano size as described above, and thus may more effectively act to increase the capacitance of the electrochemical device.

본 발명에 따라 금속산화물이 침윤되어 있는 복합체는 침윤 대상 입자에 흡착된 수분과 금속산화물의 금속전구체의 반응에 의하여 수분이 제거되어, 초기 다공성 입자 또는 친수성 입자의 수분함유율에 비하여 수분함유율이 70%이상 감소하거나 복합체의 수분함유율이 1500ppm이하일 수 있다. According to the present invention, the composite in which the metal oxide is infiltrated is removed by the reaction of the water adsorbed on the particles to be infiltrated with the metal precursor of the metal oxide, and the water content is 70% compared to the water content of the initial porous particles or the hydrophilic particles. It may be reduced or more than 1500ppm water content of the composite.

또 본 발명은 다공성 입자 또는 친수성 입자 중 수분이 흡착될 수 있는 모든 위치에 수분을 흡착시키고 상기 흡착된 수분을 금속산화물의 금속전구체와 반응시켜 금속산화물로 치환시킬 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따라 금속산화물이 침윤되어 있는 복합체는 수분 흡착 가능한 위치가 금속산화물로 개질되어 더 이상의 수분 흡착이 억제될 수 있다.In addition, the present invention can adsorb the moisture at any position where the moisture can be adsorbed in the porous particles or hydrophilic particles and the adsorbed moisture can be replaced with the metal oxide by reacting with the metal precursor of the metal oxide. Therefore, the composite in which the metal oxide is infiltrated according to the present invention may be modified with a metal oxide at a position where water adsorption is possible, thereby preventing further water adsorption.

본 발명에 따라 입자 기공 내부 또는 친수성 표면에 침윤된 상기 금속산화물 중 금속은 Fe, Sn, Ti와 같이 4주기 이상의 금속으로 구성된 군에서 선택된 금속인 것이 바람직하다. 상기 금속산화물의 금속이 4주기 이상의 전이금속인 경우 전하의 흡장/탈리가 가능하여 일반적으로 전극활물질로 사용될 수 있기 때문이다. 상기 금속산화물의 비제한적인 예로는 타이타니아, 틴산화물, 철산화물 등이 있다. According to the present invention, the metal oxide infiltrated inside the particle pores or the hydrophilic surface is preferably a metal selected from the group consisting of metals having four or more cycles, such as Fe, Sn, and Ti. This is because when the metal of the metal oxide is a transition metal of 4 cycles or more, the charge / sucking / desorbing of the charge is possible, and thus it can be generally used as an electrode active material. Non-limiting examples of the metal oxides are titania, tin oxide, iron oxide and the like.

본 발명에서 제공하는 다공성 입자의 기공 내 또는 친수성 입자의 친수성 표면에 금속산화물을 침윤시키는 방법은 상기 다공성 입자 또는 친수성 입자를 수화 시키는 제1단계; 및 수분과 반응하여 금속산화물을 형성할 수 있는 금속전구체를 상기 수화된 입자 내 수분과 접촉 및 반응시키는 제2단계를 포함한다. Method for infiltrating the metal oxide in the pores of the porous particles or the hydrophilic surface of the hydrophilic particles provided by the present invention comprises a first step of hydrating the porous particles or hydrophilic particles; And a second step of contacting and reacting a metal precursor capable of reacting with water to form a metal oxide with water in the hydrated particles.

이때, 자발적으로 다공성 입자 및 친수성 입자가 수분을 함유하고 있는 경우 수화단계를 생략할 수 있으며, 이 경우 또한 본 발명의 범주에 속한다.At this time, when the porous particles and the hydrophilic particles spontaneously contain water, the hydration step may be omitted, and this case also belongs to the scope of the present invention.

다공성 입자 또는 친수성 입자를 다량 수화시키기 위해서 상기 입자를 고온 또는 고압의 수증기에 노출시킬 수 있다. The particles may be exposed to high temperature or high pressure steam to hydrate the porous or hydrophilic particles in large quantities.

본 발명에서 금속전구체는 수분과 반응하여 바로 금속산화물을 형성할 수도 있고, 수화물을 형성한 후 열처리에 의해 금속산화물을 형성할 수도 있다.In the present invention, the metal precursor may form a metal oxide directly by reacting with moisture, or may form a metal oxide by heat treatment after forming a hydrate.

또, 상기 금속전구체와 수분이 반응하여 형성된 금속산화물은 비결정질일 수 있으며, 온도를 올려 소결하여 결정질화할 수 있다.In addition, the metal oxide formed by reacting the metal precursor with water may be amorphous, and may be sintered at a temperature to crystallize.

본 발명에서 수분과 반응하여 바로 금속산화물을 형성하거나 수화물을 형성한 후 열처리에 의해 금속산화물을 형성하는 금속전구체는 수분과 자발적으로 반응하는 것으로서 물(H20)보다 산화력이 약한 것이 바람직하다. 상기 금속전구체의 비제한적인 예로는 금속염, 바람직하게는 TiCl4, SnCl4, SnCl2, FeCl2, FeCl3과 같은 금속염화물 또는 Ti, Sn과 CNO3 -의 결합에 의한 화합물을 비롯하여 4주기 이상의 전이금속으로 구성된 금속화합물이 있다. In the present invention, the metal precursor which forms the metal oxide by reacting with water or forms a hydrate immediately and then forms a metal oxide by heat treatment spontaneously reacts with water, and preferably has a lower oxidizing power than water (H 2 0). Non-limiting examples of the metal precursors include metal salts, preferably metal chlorides such as TiCl 4 , SnCl 4 , SnCl 2 , FeCl 2 , FeCl 3 or compounds having a combination of Ti, Sn and CNO 3 or more than 4 cycles. There are metal compounds composed of transition metals.

상기 금속산화물의 금속전구체는 증기압이 높아 기체 상태로 수분과 반응하는 것이 바람직하다. 상기 금속산화물의 금속전구체가 기상으로 수분과 접촉하는 경우, 기재 내 기공 등 기재의 미세 구조 내에 존재하는 수분에 대한 접근성이 높 아져 수분제거에 효과적이다. 상기 금속전구체의 비제한적인 예로는 TiCl4, SnCl4, SnCl2, FeCl2, FeCl3 등 증기압이 높은 금속염화물이 있다. The metal precursor of the metal oxide preferably has a high vapor pressure and reacts with moisture in a gaseous state. When the metal precursor of the metal oxide is in contact with moisture in the gas phase, the accessibility to moisture existing in the microstructure of the substrate, such as pores in the substrate, is increased, which is effective for removing moisture. Non-limiting examples of the metal precursor is a metal chloride having a high vapor pressure, such as TiCl 4 , SnCl 4 , SnCl 2 , FeCl 2 , FeCl 3 .

한편, 상기 금속전구체와 반응하는 것으로 상기 기공 내 또는 친수성 표면 상에 존재하는 수분은 입자에 흡착된 수분인 것이 바람직하다.Meanwhile, the water present in the pores or on the hydrophilic surface by reacting with the metal precursor is preferably water adsorbed to the particles.

본 발명은 상기 금속전구체를 수분과 반응시킨 후, 열처리하는 것이 바람직하다.In the present invention, the metal precursor is reacted with water, followed by heat treatment.

반응 후 남은 수분 및 기타 불순물 등을 제거하기 위해서는 100도 이상 에서 30분 내지 10시간동안 열처리할 수 있다. 또, 금속전구체와 수분과의 반응에 의해 수화물이 형성되는 경우는 상기 수화물을 금속산화물로 변화시키기 위해서는 500도에서 30분 내지 10시간동안 열처리할 수 있다. In order to remove moisture and other impurities remaining after the reaction, the heat treatment may be performed at 100 degrees or more for 30 minutes to 10 hours. In the case where a hydrate is formed by the reaction between the metal precursor and water, the hydrate may be heat treated at 500 ° C. for 30 minutes to 10 hours to change the hydrate to a metal oxide.

상기 열처리하는 단계의 조건은 특별히 제한되지 않으며, 산소가 포함된 대기 중에서 실시될 수 있다. 상기 금속전구체와 수분이 반응하여 형성된 금속산화물은 비결정질이거나 불완전 금속산화물일 수 있으므로, 산소가 포함된 대기 중에서 열처리하여, 루타일(rutile) 또는 아나타아제(antase) 형태로 결정질화하거나 불완전 금속산화물을 연소시켜 완전 금속산화물의 수율을 증가시킬 수 있다.The condition of the heat treatment step is not particularly limited, and may be performed in an atmosphere containing oxygen. Since the metal oxide formed by the reaction of the metal precursor with water may be amorphous or incomplete metal oxide, the metal oxide may be annealed in the form of rutile or anatase or incomplete metal oxide by heat treatment in an atmosphere containing oxygen. Can be burned to increase the yield of complete metal oxides.

이하 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 기술하도록 한다. 다만, 이들 실시예는 본 발명의 이해를 위해 제시되는 것으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. The present invention will be described in detail with reference to the following Examples. However, these examples are presented for understanding the present invention and do not limit the scope of the present invention.

실시예 1: 하드카본/타이타니아 복합체의 제조Example 1 Preparation of Hard Carbon / Titania Composites

수분이 쉽게 흡착되는 하드 카본을 일정한 온도와 습도에 노출시켜 일정량의 수분을 흡착하게 한 후, 사염화티타늄(TiCl4)이 포함된 챔버에 넣고 밀봉하여, 아래의 반응식에 따라 하드 카본의 기공내부에 타이타니아(TiO2)가 침윤된 복합체를 형성시켰다.After exposing the hard carbon that is easily adsorbed to moisture to a certain temperature and humidity to adsorb a certain amount of water, it is placed in a chamber containing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and sealed, and then sealed in the pores of the hard carbon according to the following reaction formula. Titania (TiO 2 ) formed an infiltrated complex.

TiCl4 + 2H2O -> TiO2 + 4HClTiCl 4 + 2H 2 O-> TiO 2 + 4HCl

산소가 포함된 환경 하에서 상기 복합체에 약 500도 정도의 열을 1시간 가량 가하여 염산과 반응 후 남은 수분 및 기타 불순물 등을 제거한 결과, 아나타아제 형태로 결정질화된 타이타니아만 하드카본에 침윤된 채로 남은 복합체를 얻을 수 있었다. As a result of adding about 500 degrees of heat to the complex for 1 hour in an oxygen-containing environment to remove water and other impurities remaining after the reaction with hydrochloric acid, only titania crystallized in the form of anatase was infiltrated into hard carbon. The remaining complex was obtained.

도 1은 상기 실시예 1에서 제조된 타이타니아를 포함시킨 하드 카본과 기존의 하드 카본의 X-ray diffraction pattern을 나타낸 그래프이다. 본 발명에 따라 타이타니아를 포함시킨 하드 카본에서 나온 약 25도 근처의 peak은 타이타니아의 아나타아제 크리스탈의 peak로 하드 카본에 타이타니아가 포함되어 있음을 나타내고 있다.Figure 1 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of the hard carbon containing the titania prepared in Example 1 and the existing hard carbon. According to the present invention, the peak around 25 degrees from the hard carbon containing titania is a peak of the anatase crystal of titania, indicating that the titania is included in the hard carbon.

실시예Example 2:  2: 리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조 Produce

실시예 1에서 제조한 하드카본/타이타니아 복합체 83.5 중량%와 그라파이트 (MCMB1028, Osaka gas) 9.25 중량%를 활물질로, 수퍼-P 1 중량%를 도전재로, PVdF 6.5 중량%를 결합재로 하여 용제인 NMP에 첨가함으로써 4성분계 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 혼합물 슬러리를 음극 집전체인 두께가 20㎛ 정도인 구리 박막에 도포 및 건조하여 음극을 제조하였다. 상기 음극을 사용하고 리튬 금속을 양극으로 하여 스태킹(stacking) 방식으로 전지를 조립하였으며, 전해액으로는 1M의 리튬포스페이트헥사플루오르(LiPF6)가 용해된 에틸메틸카보네이트(EMC)를 사용하여 리튬이차전지를 제조하였다.83.5% by weight of the hard carbon / titania composite prepared in Example 1 and 9.25% by weight of graphite (MCMB1028, Osaka gas) as active materials, 1% by weight of super-P as a conductive material, and 6.5% by weight of PVdF as a binder. A four-component mixture slurry was prepared by adding to NMP. The mixture slurry was coated and dried on a copper thin film having a thickness of about 20 μm, which is a negative electrode current collector, to prepare a negative electrode. The battery was assembled by stacking by using the negative electrode and lithium metal as the positive electrode, and lithium secondary battery using ethyl methyl carbonate (EMC) in which 1 M lithium phosphate hexafluoro (LiPF 6 ) was dissolved. Paper was prepared.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 제조된 하드카본/타이타니아 복합체 대신 일반적인 하드 카본을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2, except that general hard carbon was used instead of the hard carbon / titania composite prepared in Example 1.

실험예 1: 일반적인 하드카본과 하드카본/타이타니아 복합체의 물성 비교Experimental Example 1: Comparison of Physical Properties of General Hard Carbon and Hard Carbon / Titania Composites

비교예 1에서 사용한 일반적인 하드카본과, 상기 실시예 1에서 제조된 하드카본/타이타니아 복합체의 수분 함량을 측정하여 도 2에 나타내었다. 비교 결과 기존의 일반적인 하드카본에 비해 본 발명에 의한 하드카본/타이타니아 복합체의 수분함유량이 약 70% 정도 감소하였음을 알 수 있었다.The water content of the general hard carbon used in Comparative Example 1 and the hard carbon / titania composite prepared in Example 1 was measured and shown in FIG. 2. As a result of comparison, it was found that the water content of the hard carbon / titania composite according to the present invention was reduced by about 70% compared to the conventional hard carbon.

실험예Experimental Example 2: 일반적인  2: General 하드카본과Hard Carbon 하드카본Hard carbon /Of 타이타니아Titania 복합체를  Complex 전극활물질로As electrode active material 사용한  Used 리튬이차전지의The lithium secondary battery 비축전용량 비교 Stock Capacity Comparison

상기 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 리튬 이차 전지의 방전 비축전용량을 도 3에 나타내었다. 방전 비축전용량을 전체 전극무게당으로 계산하였을 때, 실시예 2의 경우 비교예 1과 비교하여 상대적으로 높은 방전용량을 보였다. 이로부터 본 발명에서 제공하는 하드카본/타이타니아 복합체를 전극활물질로 사용함이 전지 용량 증가를 가져옴을 알 수 있었다.The discharge specific capacitances of the lithium secondary batteries prepared in Example 2 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 3. When the discharge specific capacitance was calculated per total electrode weight, Example 2 showed a relatively high discharge capacity compared to Comparative Example 1. From this, it can be seen that using the hard carbon / titania composite provided in the present invention as an electrode active material increases the battery capacity.

실시예 3: 활성탄소/타이타니아 복합체의 제조 Example 3: Preparation of Activated Carbon / Titania Composites

수분이 쉽게 흡착되는 카본 물질인 활성 탄소(MSP-20, 칸사이 이화학사)를 일정한 온도와 습도의 환경에 노출시켜 일정량의 수분을 흡착하게 한 후, 타이타늄 테트라클로라이드를 함유한 챔버에 넣고 밀봉하였다. 타이타늄 테트라클로라이드의 증기압이 크기 때문에 타이타늄 테트라클로라이드 기체 분자가 카본 물질의 표면 혹은 내부에 있는 수분과 만나 반응하여 타이타니아와 염산이 만들어지게 된다. 이 때 타이타니아와 염산은 카본 물질에 흡착된다.Activated carbon (MSP-20, Kansai Chemical Co., Ltd.), a carbon material that easily adsorbs moisture, was exposed to an environment of constant temperature and humidity to adsorb a certain amount of moisture, and then sealed in a chamber containing titanium tetrachloride. Because of the high vapor pressure of titanium tetrachloride, the titanium tetrachloride gas molecules react with the water on the surface or inside of the carbon material to react to form titania and hydrochloric acid. At this time, titania and hydrochloric acid are adsorbed to the carbon material.

이어서, 공기 중에서 약 500도로 열을 상기 결과물에 가하여 염산 및 반응 후 남은 수분 등을 제거한 결과, 아나타아제 형태로 결정질화된 타이타니아만 활성탄소에 침윤된 채로 남은 복합체를 얻을 수 있었다. Subsequently, heat was applied to the resultant at about 500 degrees in air to remove hydrochloric acid and water remaining after the reaction. As a result, only the titania crystallized in the form of anatase was infiltrated with activated carbon to obtain a complex.

실시예Example 4: 전기화학소자 제조 4: electrochemical device manufacturing

활물질로 실시예 3에서 제조한 타이타니아가 침윤된 활성 탄소 60 중량%, 도전재 20 중량%, 결합재로 PTFE 15 중량%와 CMC 5 중량%를 용제인 물에 첨가함으로서 4성분계 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 혼합물 슬러리를 집전체인 두께 20μm의 알루미늄 박막에 도포 및 건조하여 전극을 제조하였다.A four-component mixture slurry was prepared by adding 60 wt% of activated carbon impregnated in Example 3 as an active material, 20 wt% of a conductive material, 15 wt% of PTFE and 5 wt% of CMC as a binder to water as a solvent. The mixture slurry was applied to an aluminum thin film having a thickness of 20 μm, which is a current collector, and dried to prepare an electrode.

상기 전극과 분리막을 스태킹(stacking) 방식을 이용하여 조립하였으며, 조립된 셀에 1M의 리튬포스페이트헥사플루오르(LiPF6)가 용해된 에틸메틸카보네이트 (EMC)를 주입하여 전기화학소자를 제조하였다.The electrode and the separator were assembled using a stacking method, and an electrochemical device was prepared by injecting ethyl methyl carbonate (EMC) in which 1 M of lithium phosphate hexafluoro (LiPF 6 ) was dissolved.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 3에서 제조한 타이타니아가 침윤된 활성 탄소 대신 기존의 활성 탄소를 사용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 4성분계 전극 및 전기화학소자를 제조하였다.A four-component electrode and an electrochemical device were manufactured in the same manner as in Example 3, using the existing activated carbon instead of the activated carbon impregnated with titania prepared in Example 3.

비교예 3Comparative Example 3

상기 실시예 3에서 제조한 타이타니아가 침윤된 활성탄소 대신 활성 탄소 및 퓸드 타이타니아(소결되지 않은 것)를 9:1(중량비)로 혼합사용하여 5성분계 전극을 제조한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 전기화학소자를 제조하였다. Except for the production of a five-component electrode using a mixture of activated carbon and fumed titania (not sintered) in a ratio of 9: 1 (weight ratio), instead of the activated carbon impregnated with titania prepared in Example 3, In the same manner, an electrochemical device was manufactured.

실험예Experimental Example 3.  3. 타이타니아를Titania 포함하고 있는 활성 탄소의 물성 평가 Evaluation of Physical Properties of Activated Carbon Containing

상기 실시예 3 및 비교예 1, 2에서 사용한 활성 탄소의 수분 함량을 측정하여 도 4에 나타내었다.The moisture content of the activated carbon used in Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 was measured and shown in FIG. 4.

실험예 4. 이온 흡탈착식 전기화학 소자 성능평가Experimental Example 4. Performance Evaluation of Ion Adsorption and Desorption Electrochemical Devices

실시예 4에서 제조된 타이타니아 나노 입자를 침윤시킨 활성 탄소를 포함하는 전기화학소자의 성능을 평가하기 위하여, 하기와 같이 수행하였다.In order to evaluate the performance of the electrochemical device containing activated carbon impregnated with the titania nanoparticles prepared in Example 4, it was performed as follows.

상기 실시예 4 및 비교예 2, 3에서 제조된 이온 흡탈착식 전기화학소자를 이용하여 측정한 비축전용량을 도 5에 나타내었다. 방전 비축전용량을 전체 전극무게당으로 계산하였을 때, 실시예 4의 경우 비교예 2, 3과 비교하여 상대적으로 높은 방전용량을 보였다. 이것은 본 발명에서 도입한 새로운 물질이 기본 활물질인 활성 탄소의 표면 특성을 바꾸고 동시에 그 새로운 물질-타이타니아-가 용량에 기여한다고 볼 수 있다.The specific capacitance measured using the ion adsorption-and-desorption electrochemical device prepared in Example 4 and Comparative Examples 2 and 3 is shown in FIG. 5. When the discharge specific capacitance was calculated as the total electrode weight, Example 4 showed a relatively high discharge capacity compared to Comparative Examples 2 and 3. This suggests that the new material introduced in the present invention changes the surface properties of activated carbon which is a basic active material and at the same time the new material-titania-contributes to the capacity.

앞서 살핀 바와 같이 본 발명은 수분흡착이 쉬운 다공성 입자 또는 친수성 입자에서 그 기공내 또는 표면에 함유된 수분을 제거함과 동시에 상기 입자의 기공내부 또는 표면을 개질하여 더 이상 수분이 흡착되지 않는 물질을 제공할 수 있다.As described above, the present invention removes moisture contained in or in the pores of porous particles or hydrophilic particles that are easily absorbed, and at the same time to modify the inside or surface of the pores of the particles to provide a substance that is no longer adsorbed. can do.

또한, 입자의 기공내부 또는 표면에 전하의 충방전이 가능한 금속산화물이 침윤되어 있는 경우, 상기 금속산화물이 나노 크기로 형성될 수 있으며, 상기 본 발명에 따른 물질을 전기화학소자의 전극활물질로 사용할 수 있다. 이는 전기화학소자의 전기용량을 증대시킬 수 있다. 특히, 활성 탄소의 경우 전기화학소자의 전극활물질로 사용시 출력은 좋은 반면 용량이 떨어지는 문제점이 있었으나 본 발명에 따라 타이타니아와 같은 금속산화물 입자가 상기 활성 탄소의 기공과 같은 내부 표면에 침윤되어 되는 경우, 용량 증가 효과를 가져올 수 있다.In addition, when a metal oxide capable of charging and discharging charges is infiltrated inside or on the surface of particles, the metal oxide may be formed in a nano size, and the material according to the present invention may be used as an electrode active material of an electrochemical device. Can be. This can increase the capacitance of the electrochemical device. Particularly, in the case of activated carbon, the output is good when used as an electrode active material of an electrochemical device, but there is a problem in that the capacity is lowered. Dose effect can be increased.

청구범위에 기술된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양한 보완이 행해질 수 있다.Various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims.

Claims (23)

입자의 기공 내 또는 입자의 친수성 표면에 금속산화물이 침윤되어 있는 복합체로서, 금속산화물은 상기 금속산화물의 금속전구체가 기공 내 또는 친수성 표면 상에 존재하는 수분과 반응하여 형성된 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.A composite in which a metal oxide is infiltrated in the pores of a particle or on a hydrophilic surface of the particle, wherein the metal oxide is formed by reacting a metal precursor of the metal oxide with moisture present in the pores or on a hydrophilic surface. Electrochemical device used as. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 열처리에 의해 결정질화 또는 완전 금속산화물화 된 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal oxide is crystalline or completely metal oxide by heat treatment. 제1항에 있어서, 상기 침윤 대상 입자는 활성 탄소 또는 하드카본인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the particles to be infiltrated are activated carbon or hard carbon. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 전하를 충방전할 수 있는 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal oxide is capable of charging and discharging electric charges. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 및 상기 침윤 대상 입자는 충방전이 가능한 전극활물질인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal oxide and the particles to be infiltrated are electrode active materials capable of charging and discharging. 제 1항에 있어서, 충방전이 가능한 전극활물질로 사용되는 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the composite is used as an electrode active material capable of charging and discharging. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 나노 크기인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal oxide is nano sized. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 입경이 1 내지 10nm 인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal oxide has a particle diameter of 1 to 10 nm. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 중 금속은 4주기 이상의 금속으로 구성된 군에서 선택된 금속인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자. The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal of the metal oxide is a metal selected from the group consisting of four or more cycle metals. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 타이타니아, 틴산화물 및 철산화물로 구성된 군에서 선택된 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal oxide is selected from the group consisting of titania, tin oxide, and iron oxide. 제1항에 있어서, 복합체 대비 1중량% 내지 98중량%의 금속산화물 함유율을 갖는 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the composite has a metal oxide content of 1% to 98% by weight relative to the composite. 제1항에 있어서, 상기 기공 내 또는 친수성 표면 상에 존재하는 수분은 입자에 흡착된 수분인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the water present in the pores or on the hydrophilic surface is water adsorbed on the particles. 제1항에 있어서, 수분이 흡착가능한 상기 기공 내 또는 친수성 표면이 상기 금속산화물로 개질되어 더 이상의 수분 흡착이 억제된 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the water-adsorbed pores or the hydrophilic surface is modified with the metal oxide to further suppress water absorption. 제1항에 있어서, 금속산화물이 형성되기 전 상기 기공 내 또는 친수성 표면 상에 존재하는 수분은 전체 함량 중 100ppm 내지 20,000ppm 인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the water present in the pores or on the hydrophilic surface before the metal oxide is formed is 100ppm to 20,000ppm in the total content. 제1항에 있어서, 금속산화물 형성 후 상기 복합체 내 존재하는 수분은 1500ppm 이하인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자. The electrochemical device according to claim 1, wherein the water present in the composite after formation of the metal oxide is 1500 ppm or less. 제1항에 있어서, 상기 금속전구체는 증기압이 높아 기체 상태로 수분과 반응하는 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal precursor has a high vapor pressure and reacts with moisture in a gaseous state. 제1항에 있어서, 상기 금속전구체는 금속염인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal precursor is a metal salt. 제1항에 있어서, 상기 금속전구체는 금속염화물인 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1, wherein the metal precursor is a metal chloride. 제1항에 있어서, 상기 금속전구체는 TiCl4, SnCl4, SnCl2, FeCl2 및 FeCl3로 구성된 군에서 선택된 것이 특징인 복합체를 전극활물질로 사용한 전기화학소자.The electrochemical device of claim 1, wherein the metal precursor is selected from the group consisting of TiCl 4 , SnCl 4 , SnCl 2 , FeCl 2, and FeCl 3 . 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전기화학소자는 리튬이차전지 또는 전기 이중층 캐패시터인 것이 특징인 전기화학소자.The electrochemical device of claim 1, wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery or an electric double layer capacitor. 삭제delete 삭제delete
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