KR101365112B1 - Preparing method of uniform carbon/silicon composite - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이온이차전지용 음극인 실리콘과 카본(Si/C)을 복합화 하여 그 성능을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 A)카본 분말을 등가압성형(Cold Isostatic Pressing)하는 단계; B)등가압된 카본을 고속 분쇄기를 이용하여 미분으로 분쇄하는 단계; C)상기 분쇄된 미분의 카본분말과 분산제에 의해 분산된 나노크기의 실리콘을 복합화하는 단계; 및 D) 카본/실리콘 복합체를 구형화하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 카본/실리콘 복합 음극소재의 제조방법이 제공된다. 카본을 등가압 한 후 블레이드(blade)형 고속 분쇄기를 이용 미분으로 분쇄하고, 분쇄된 카본을 공·자전이 되는 혼합기(planetary mill)를 이용 나노 실리콘에 잘 분산시켜, 분무건조기(spray dryer)로 구형으로 균일한 복합체를 제조함으로써, 이 복합체의 부피팽창을 최소화 하고 합제밀도를 높일 수 있었다.The present invention relates to a method of improving the performance of a composite of silicon and carbon (Si / C), which is a negative electrode for a lithium ion secondary battery, according to the present invention, comprising the steps of: A) isostatic pressing of carbon powder (Cold Isostatic Pressing); B) grinding the pressurized carbon into fine powder using a high speed mill; C) complexing the nano-size silicon dispersed by the pulverized fine carbon powder and a dispersant; And D) provides a method for producing a carbon / silicon composite negative electrode material for a lithium secondary battery comprising the step of spherical carbon / silicon composite. After pressurizing the carbon, it is pulverized into fine powder using a blade type high speed grinder, and the pulverized carbon is well dispersed in nanosilicone using a planetary mill, which is a ball-rotating machine, and spray sprayer is used as a spray dryer. By preparing a spherical homogeneous composite, it was possible to minimize the volume expansion of the composite and increase the mixture density.

Description

등가압/고속분쇄에 의한 카본 분쇄 및 분쇄된 카본 이용 균일한 카본/실리콘 복합체의 제조방법{PREPARING METHOD OF UNIFORM CARBON/SILICON COMPOSITE} Method of producing uniform carbon / silicone composite using carbon milling by equal pressure / fast milling and pulverized carbon {PREPARING METHOD OF UNIFORM CARBON / SILICON COMPOSITE}

본 발명은 리튬이온이차전지용 음극 소재인 실리콘과 카본(Si/C)을 복합화하여 그 성능을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 카본을 분쇄하여 미분으로 입자화 한 뒤, 실리콘과 잘 분산되어지게 복합화한 후 구형화하는 리튬 이차 전지용 카본/실리콘 복합 음극소재의 제조에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for improving the performance of the composite of silicon and carbon (Si / C), which is a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, and specifically, pulverizes the carbon to form fine powder, which is then dispersed well with silicon. The present invention relates to the production of a carbon / silicon composite negative electrode material for lithium secondary batteries that is spherically complexed and then spherical.

최근 전기자동차의 상용화가 급속도로 진행되면서 고용량, 고안정성, 장수명의 성능을 갖는 리튬이온이차전지가 필요하게 되었다. 이러한 리튬이온이차전지의 성능을 좌우하는 구성성분으로는 양극, 음극, 전해질, 분리막 등이 있는데, 특히 양극과 음극소재의 성능에 따라 전지 특성에 크게 영향을 미친다. 현재 사용되고 있는 소형 리튬이온이차전지에는 양극재로서 리튬코발트산화물이, 음극재로서 흑연계가 주로 사용되고 있으나, 음극물질인 흑연계는 이론용량이 372mAh/g으로 전기자동차에 사용하기에는 용량이 낮은 문제점이 있다.Recently, as commercialization of electric vehicles has progressed rapidly, a lithium ion secondary battery having high capacity, high stability, and long life performance is required. Components that influence the performance of the lithium ion secondary battery include a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, a separator, and the like, in particular, depending on the performance of the positive electrode and negative electrode material greatly affects the battery characteristics. Although lithium cobalt oxide is mainly used as a cathode material and graphite is used as a cathode material in small lithium ion secondary batteries that are currently used, the graphite material, which is a cathode material, has a theoretical capacity of 372 mAh / g, which is low in capacity for use in electric vehicles. have.

흑연을 대체할 수 있는 소재로서 실리콘 물질이 크게 부각되고 있다. 실리콘은 음극으로 4000 mAh/g의 고용량을 가진다. 그러나 이런 삽입물질은 실제적으로 응용이 되지 못하고 있다. 그 방해되는 주된 이유는 리튬 삽입동안 부피팽창이 심하게 일어나 전극의 분해를 야기시킴으로써 사이클 특성이 좋지 않기 때문이다. 그래서 카본의 안정한 사이클 특성과 실리콘의 고용량을 보완해주기 위해 카본/실리콘 복합체에 대한 연구가 진행되고 있다. As a material that can replace graphite, silicon materials have been highlighted. Silicon is a cathode and has a high capacity of 4000 mAh / g. However, these inserts have not been practically applied. The main reason for this is because the volume expansion during the lithium insertion is severe, causing decomposition of the electrode, which results in poor cycle characteristics. Therefore, studies on carbon / silicon composites are being conducted in order to supplement stable cycle characteristics of carbon and high capacity of silicon.

많은 연구자들이 복합화 방법과 출발물질을 달리하여 전기화학적 특성을 보고하였으며, 방법과 출발물질에 따라 그 특성이 달라짐이 증명되었다. 일예로서 실리콘과 카본을 기계적인 밀링(milling) 방법으로 혼합할 시 첫 번째 사이클에서 고용량을 가질 수 있었으나, 그 이후 사이클 동안 급격한 용량감소가 일어났다. Many researchers have reported electrochemical properties of different complexation methods and starting materials, and it has been demonstrated that the properties vary with methods and starting materials. For example, when silicon and carbon were mixed by mechanical milling, they could have a high capacity in the first cycle, but thereafter, a sharp decrease in capacity occurred during the cycle.

본 발명자들은 이들의 효과적인 복합방법에 관하여 연구하였으며, 카본을 분쇄한 후, 나노크기의 실리콘과 복합화하고 이를 구형으로 과립화하는 경우에 실리콘의 부피팽창이 완화되며 부반응이 억제되고, 합제밀도가 향상되는 효과가 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors studied their effective compounding methods, and when the carbon is pulverized and then composited with nano-sized silicon and granulated into spherical particles, the volume expansion of the silicon is alleviated, side reactions are suppressed, and the mixture density is improved. The present invention has been found to have an effect.

따라서 본 발명은 실리콘의 부피팽창이 완화되며 부반응이 억제되고, 합제밀도가 향상되는 리튬 이차전지용 카본/실리콘 복합체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a carbon / silicon composite for a lithium secondary battery in which volume expansion of silicon is alleviated, side reactions are suppressed, and the mixture density is improved.

또한, 상기 카본/실리콘 복합체를 이용한 음극의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode using the carbon / silicon composite.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, A)카본 분말을 등가압성형(Cold Isostatic Pressing)하는 단계; B)등가압된 카본을 고속 분쇄기를 이용하여 미분으로 분쇄하는 단계; C)상기 분쇄된 미분의 카본분말과 분산제에 의해 분산된 나노크기의 실리콘을 복합화하는 단계; 및 D) 카본/실리콘 복합체를 구형화하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 카본/실리콘 복합 음극소재의 제조방법을 제공한다.According to the present invention to achieve the above object, A) isostatic pressing the carbon powder (Cold Isostatic Pressing); B) grinding the pressurized carbon into fine powder using a high speed mill; C) complexing the nano-size silicon dispersed by the pulverized fine carbon powder and a dispersant; And D) provides a method for producing a carbon / silicon composite negative electrode material for a lithium secondary battery comprising the step of spherical carbon / silicon composite.

상기 A)단계에서의 카본 분말은 10~30㎛의 조분말인 것이 바람직하다. 상기 등가압성형은 1500~2500barr의 압력으로 1~2시간 시행할 수 있다. 상기 B)단계에서 고속분쇄는 10000rpm이상의 속도로 행하는 것이 바람직하다. 상기 C)단계에서 미분의 카본분말과 나노크기의 실리콘은 90:10~70:30의 중량비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 분산제로는 EG, PEG 또는 HPC가 사용될 수 있다. 상기 복합화는 플라네터리 밀(Planetary mill)에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 상기 D)단계에서 카본/실리콘 복합체의 구형화는 분무건조법에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 카본/실리콘 복합체는 5~15㎛의 크기를 가지며, 치밀한 구형의 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.The carbon powder in step A) is preferably a coarse powder of 10 ~ 30㎛. The equivalent pressure molding can be carried out for 1 to 2 hours at a pressure of 1500 ~ 2500barr. In the step B), the high-speed grinding is preferably performed at a speed of 10000 rpm or more. In the step C), the fine carbon powder and the nano-sized silicon are preferably mixed in a weight ratio of 90:10 to 70:30. As the dispersant, EG, PEG or HPC may be used. The compounding is preferably carried out by a planetary mill. In step D), the spheronization of the carbon / silicon composite is preferably performed by spray drying. The carbon / silicon composite has a size of 5 ~ 15㎛, characterized in that it has a compact spherical shape.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, A)카본 분말을 등가압성형(Cold Isostatic Pressing)하는 단계; B)등가압된 카본을 고속 분쇄기를 이용하여 미분으로 분쇄하는 단계; C)상기 분쇄된 미분의 카본분말과 분산제에 의해 분산된 나노크기의 실리콘을 복합화하는 단계; D) 카본/실리콘 복합체를 구형화하는 단계; 및 E)상기 카본/실리콘 복합 음극 소재를 음극 활물질로 이용하여 음극을 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 카본/실리콘 복합 음극의 제조방법을 제공한다.According to the present invention to achieve the above another object, A) isostatic pressing the carbon powder (Cold Isostatic Pressing); B) grinding the pressurized carbon into fine powder using a high speed mill; C) complexing the nano-size silicon dispersed by the pulverized fine carbon powder and a dispersant; D) spheronizing the carbon / silicon composite; And E) provides a method for producing a carbon / silicon composite negative electrode for a lithium secondary battery comprising the step of preparing a negative electrode using the carbon / silicon composite negative electrode material as a negative electrode active material.

본 발명 음극소재의 제조방법에 의하면 실리콘을 카본의 표면에 잘 분산시켜 실리콘 부피팽창의 문제점을 감소시킬 수 있고, 또한 복합체를 구형화 함으로써 전극밀도가 향상되어 고에너지 밀도를 갖는 물질을 제조할 수 있으며, 부반응을 억제하여 전기화학적 특성을 향상 시킬 수 있다. 음극 활물질인 카본/실리콘 복합체 소재를 제조함으로써 합제밀도, 사이클 특성, 고용량을 갖는 음극소재 개발이 가능하며, 이로 인해 고용량을 요구하는 전기자동차에 사용하기 어려운 흑연을 대체할 음극소재로 자동차 전지에 적용이 가능하다는 장점이 있다.According to the manufacturing method of the negative electrode material of the present invention, it is possible to reduce the problem of silicon volume expansion by dispersing silicon well on the surface of carbon, and also to improve the electrode density by spherical composites to produce a material having high energy density. In addition, it can improve the electrochemical properties by inhibiting side reactions. By manufacturing the carbon / silicon composite material, which is a negative electrode active material, it is possible to develop a negative electrode material having a mixture density, cycle characteristics, and high capacity, and as a result, it is applied to automobile batteries as a negative electrode material to replace graphite, which is difficult to use in electric vehicles requiring high capacity. This has the advantage of being possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 등가압 성형된 카본분말의 주사현미경 사진도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 미분으로 분쇄된 카본분말의 주사현미경 사진도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 분산제에 분산된 나노 실리콘의 주사현미경 사진도 및 X-선 회절분석그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 나노 카본/실리콘 복합체의 주사현미경 사진도 및 X-선 회절 분석그래프이다.
1 is a scanning microscope photograph of an isostatically formed carbon powder according to an embodiment of the present invention.
2 is a scanning microscope photograph of carbon powder pulverized into fine powder according to an embodiment of the present invention.
3 is a scanning micrograph and X-ray diffraction graph of nano silicon dispersed in a dispersant according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a scanning micrograph and X-ray diffraction analysis graph of the nano carbon / silicon composite prepared according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 구체예에 따르면, A)카본 분말을 등가압성형(Cold Isostatic Pressing)하는 단계; B)등가압된 카본을 고속 분쇄기를 이용하여 미분으로 분쇄하는 단계; C)상기 분쇄된 미분의 카본분말과 분산제에 의해 분산된 나노크기의 실리콘을 복합화하는 단계; 및 D) 카본/실리콘 복합체를 구형화하는 단계에 의하여 카본/실리콘 복합체를 제조할 수 있다.According to one embodiment of the invention, A) isostatic pressing the carbon powder (Cold Isostatic Pressing); B) grinding the pressurized carbon into fine powder using a high speed mill; C) complexing the nano-size silicon dispersed by the pulverized fine carbon powder and a dispersant; And D) spheronizing the carbon / silicon composite to produce the carbon / silicon composite.

일반적으로 음극 활물질로서의 카본은 용량이 낮고, 실리콘의 경우 부피팽창이 심하여 사이클 특성이 나빠지므로 전극의 분해를 야기시켜 안전성에 문제점이 있다. 두 물질을 복합화하면 카본의 낮은 용량과 실리콘의 고용량을, 카본의 좋은 사이클 특성과 실리콘의 나쁜 사이클 특성을 서로 보완할 수 있어 바람직하다. In general, carbon as a negative electrode active material has a low capacity and, in the case of silicon, has a large volume expansion and thus worses cycle characteristics, thereby causing decomposition of the electrode, thereby causing safety problems. Combining the two materials is desirable because it can complement the low capacity of carbon and high capacity of silicon, and the good cycle characteristics of carbon and the bad cycle characteristics of silicon.

상기 A)단계에서의 카본 분말은 10~30㎛의 조분말인 것이 바람직하다. 본 발명은 상기 카본 분말을 먼저 등가압성형(Cold Isostatic Pressing)을 한 후에 분쇄하여 미분의 카본을 제조하는 데에 특징이 있다. 구체적으로는 수평방향으로만 분쇄가 되고, 수직방향으로 분쇄가 어려운 조분의 카본을 등가압(Cold Isostatic Press)을 가해서 수직방향으로 파괴(crack)하고, 입자화 한 후 고속 분쇄기로 카본을 분쇄한다. 우선 작은 크기로 분쇄된 카본을 제조하는 것이 중요하며, 이를 위해서 분쇄 전 카본의 표면에 등가압을 해주었다. 카본을 수직방향으로 등가압을 가한 뒤 분쇄를 할 경우 분쇄가 잘 이루어진다. 등가압성형시 용매로는 아세톤, 에탄올, 무수 알코올을 사용할 수 있으며, 분말의 양에 따라 카본의 표면에 압력을 받는 정도가 다르기 때문에 용매의 양과 카본의 양을 적절히 조절하여 등가압 성형 할 수 있다. 상기 등가압성형은 1500~2500barr의 압력으로 1시간 이상, 바람직하게는 1~2시간 시행할 수 있다. The carbon powder in step A) is preferably a coarse powder of 10 ~ 30㎛. The present invention is characterized in that the carbon powder is first subjected to cold isostatic pressing and then pulverized to produce finely divided carbon. Specifically, the carbon of the crude powder which is pulverized only in the horizontal direction and difficult to pulverize in the vertical direction is cracked in the vertical direction by applying an equal pressure (Cold Isostatic Press), and granulated, and the carbon is pulverized by a high-speed grinder. . First of all, it is important to prepare pulverized carbon in small size, and for this purpose, an equal pressure was applied to the surface of the carbon before pulverization. When carbon is pulverized after applying an equal pressure in the vertical direction, it is pulverized well. Acetone, ethanol, and anhydrous alcohol can be used as the solvent during isostatic pressing. Since the degree of pressure on the surface of the carbon varies depending on the amount of powder, the pressure and the amount of carbon can be appropriately controlled to form the equivalent pressure. . The equivalent pressure molding may be carried out for 1 hour or more, preferably 1 to 2 hours at a pressure of 1500 ~ 2500barr.

탄소분말의 등가압성형 후 고속분쇄기로 분쇄하여 미분을 제조한다. 상기 B)단계에서 고속분쇄는 10000rpm이상의 속도로 행하는 것이 바람직하다. 이어, 상기 단계에서 제조된 미분의 카본분말과 나노크기의 실리콘을 혼합하여 복합화한다. 이때, 상기 미분의 카본분말과 나노크기의 실리콘은 90:10~70:30의 중량비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 나노크기의 실리콘은 분산제에 분산되어 사용되는 것이 바람직하다. 실리콘을 분산제를 첨가하여 분산시킬시 분산제는 전체 양의 3%가 넘지 않도록 한다. 3% 이상이 되면 추후 전기화학적 특성에 방해요인이 될 수 있다. 이때 사용하는 분산제로는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 또는 하이드록시 폴리 셀룰로우즈(Hydroxyl poly cellulose)가 사용될 수 있다. 상기 복합화는 플라네타리 밀(Planetary mill)에 의해 수행되는 것이 바람직하다.After the equivalent pressure molding of the carbon powder, it is pulverized with a high speed mill to prepare fine powder. In the step B), the high-speed grinding is preferably performed at a speed of 10000 rpm or more. Subsequently, the carbon powder of the fine powder prepared in the above step and the nano-sized silicon are mixed and complexed. At this time, the fine carbon powder and the nano-sized silicon are preferably mixed in a weight ratio of 90:10 to 70:30. In this case, the nano-sized silicon is preferably used dispersed in a dispersant. When dispersing the silicone with the addition of a dispersant, the dispersant should not exceed 3% of the total amount. If it is more than 3%, it may interfere with future electrochemical properties. In this case, as the dispersant, ethylene glycol, polyethylene glycol, or hydroxy poly cellulose may be used. The compounding is preferably carried out by a planetary mill.

이어 상기 복합체의 합제밀도를 향상시키기 위하여 분무건조기(spray drier)를 이용하여 구형화한다. 상기 D)단계에서 카본/실리콘 복합체의 구형화는 분무건조법에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다. 구형화하기 위해 분무건조기를 이용할시 슬러리 투입할 때의 속도는 천천히 주입하는 것이 바람직하며, 이때 교반기 위에서 교반을 계속 진행하면서 슬러리 투입 하는 것이 바람직하다. 또한 슬러리를 제조한 후 24시간 교반시켜둔 다음 분무건조를 하는 것이 좋다. 본 발명으로 제조된 구형의 카본 실리콘 복합체는 주사전자현미경으로 분석, 관찰한 결과 5~15㎛의 범위 였고, 미세한 입자들이 단단히 뭉쳐진 치밀한 구형의 형상을 나타내었다.Then it is spherical form using a spray drier to improve the mixture density of the composite. In step D), the spheronization of the carbon / silicon composite is preferably performed by spray drying. When using a spray dryer to spheronize, the rate of slurry injection is preferably slowly injected, and the slurry is preferably added while stirring continues on the stirrer. In addition, after preparing the slurry and stirred for 24 hours it is good to spray drying. The spherical carbon silicon composite prepared by the present invention was analyzed by the scanning electron microscope, and the result was a range of 5-15 μm, showing a dense spherical shape in which fine particles were firmly agglomerated.

본 발명의 일 구체예에 따르면 A)카본 분말을 등가압성형(Cold Isostatic Pressing)하는 단계; B)등가압된 카본을 고속 분쇄기를 이용하여 미분으로 분쇄하는 단계; C)상기 분쇄된 미분의 카본분말과 분산제에 의해 분산된 나노크기의 실리콘을 복합화하는 단계; D) 카본/실리콘 복합체를 구형화하는 단계; 및 E)상기 카본/실리콘 복합 음극 소재를 음극 활물질로 이용하여 음극을 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 카본/실리콘 복합 음극의 제조방법이 제공된다. 잘 분산되어진 구형의 카본 실리콘 복합체를 리튬이온이차전지용 음극 활물질로 음극을 제조하고 이를 전지에 사용하는 경우, 고용량과 우수한 사이클 특성으로 인해 우수한 전지를 얻을 수 있었다.
According to one embodiment of the invention A) isostatic pressing the carbon powder (Cold Isostatic Pressing); B) grinding the pressurized carbon into fine powder using a high speed mill; C) complexing the nano-size silicon dispersed by the pulverized fine carbon powder and a dispersant; D) spheronizing the carbon / silicon composite; And E) there is provided a method for producing a carbon / silicon composite negative electrode for a lithium secondary battery comprising the step of preparing a negative electrode using the carbon / silicon composite negative electrode material as a negative electrode active material. In the case where the negatively-dispersed spherical carbon silicon composite was prepared as a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery and used in the battery, an excellent battery was obtained due to high capacity and excellent cycle characteristics.

[실시예][Example]

이하, 하기의 실시예와 시험예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이 예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of the following examples and test examples, but the present invention is not limited to these examples.

실시예Example 1:카본  1: carbon 등가압Equivalent pressure 성형 Molding

바이알(Vial)병에 아세톤 100㎖와 10~30㎛ 크기의 카본을 1g 넣은 후 sonic을 이용하여 1시간 카본을 분산시킨다. 등가압(Cold Isostatic Press)을 하기 위해 노란 고무통에 분산된 카본과 용매를 넣고 2000barr의 압력으로 1시간 압력을 가해준다. 상기 작업이 끝난 후 건조기를 이용하여 80℃에서 24시간 동안 건조시켜 카본 분말을 얻는다. 상기 등가압 된 카본의 주사전자현미경 사진은 도 1에 나타내었다.
100 ml of acetone and 1 g of carbon having a size of 10 to 30 μm were placed in a vial, and the carbon was dispersed for 1 hour using sonic. In order to perform cold isostatic press, carbon dispersed in a yellow rubber container and a solvent are added and the pressure is applied at 2000 barr for 1 hour. After the end of the operation is dried for 24 hours at 80 ℃ using a dryer to obtain a carbon powder. A scanning electron micrograph of the equivalent pressure carbon is shown in FIG. 1.

실시예Example 2:카본 미분의 제조 2: Preparation of Carbon Fines

상기 실시예 1에서 제조된 카본 전구체를 10000rpm 이상에 해당하는 고속혼합기를 이용하여 분쇄하는 방법으로 건조되어진 카본 분말을 고속혼합기를 이용하여 분쇄하였다. 얻어진 카본 분말은 평균입경이 10㎛이며, 상기 분쇄된 카본의 주사전자현미경 사진은 도 2에 나타내었다.
The carbon powder dried in the method of grinding the carbon precursor prepared in Example 1 by using a high speed mixer corresponding to 10000rpm or more was ground using a high speed mixer. The obtained carbon powder has an average particle diameter of 10 μm, and a scanning electron micrograph of the pulverized carbon is shown in FIG. 2.

실시예Example 3: 카본/실리콘 복합체의 제조 3: Preparation of Carbon / Silicon Composite

먼저, 나노 크기의 실리콘을 분산제를 이용하여 분산시켰다. 아세톤 100㎖와 나노실리콘 1g을 넣은 후 1시간동안 sonic을 진행하면서, 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)을 2% 첨가하여 교반하였다. 분산된 실리콘과 분산되지 않은 실리콘의 제타포텐셜을 측정한 결과 분산제를 첨가함으로써 높은 제타포텐셜값이 측정되었다. 분산된 실리콘의 주사전자현미경 사진과 X-선 회절분석은 도 3에 나타내었다.First, nano-sized silicon was dispersed using a dispersant. 100 ml of acetone and 1 g of nanosilicon were added thereto, followed by sonication for 1 hour, followed by addition of 2% ethylene glycol (Ethylene glycol). The zeta potentials of the dispersed and undispersed silicon were measured, and high zeta potential values were determined by adding a dispersant. Scanning electron micrographs and X-ray diffraction analysis of the dispersed silicon are shown in FIG. 3.

상기 실시예 2에서 제조된 미분의 카본과 상기 분산된 나노크기의 실리콘을 혼합하여 복합화하였다. 분쇄된 카본과 분산된 실리콘을 플라네터리 밀(Planetary mill)을 이용하여 200rpm에서 2시간 습식혼합 즉 아세톤 용매에서 혼합을 진행하였다.
The finely divided carbon prepared in Example 2 and the dispersed nano-sized silicon were mixed and complexed. The pulverized carbon and the dispersed silicon were mixed in acetone solvent for 2 hours at 200 rpm using a planetary mill.

실시예Example 4:카본/실리콘 복합체의  4: of carbon / silicon composite 구형화Sphericalization

증류수에 카본/실리콘 복합체를 교반한 뒤, 결합제 PVA를 첨가하여 24시간 교반시킨다. 그 뒤 Inlet 200도 outlet 120도 일 때 분무건조기를 진행하였다. 이때 구형화된 카본/실리콘 복합체의 주사전자현미경은 도 4에 나타내었다.After stirring the carbon / silicon composite in distilled water, the binder PVA was added and stirred for 24 hours. After that, the spray dryer was carried out when the inlet 200 degrees outlet 120 degrees. In this case, the scanning electron microscope of the spherical carbon / silicon composite is shown in FIG. 4.

상기 실시예 4에서 제조된 구형의 카본/실리콘 복합체를 이용하여 제조된 음극을 포함하는 전지를 제작한 결과, 50cycle이 진행된 후에도 80%의 안정한 사이클 특성을 나타내었고, 용량은 680mAh/g의 고용량을 갖게 되었다. As a result of fabricating a battery including a negative electrode prepared using the spherical carbon / silicon composite prepared in Example 4, the battery showed a stable cycle characteristic of 80% even after 50 cycles, and the capacity was 680 mAh / g. I got it.

이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 당업자에 있어서는 본 발명의 요지 및 스코프를 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이며 이 또한 본 발명의 영역 내이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. And this is also within the scope of the present invention.

Claims (8)

A) 카본 분말을 등가압성형(Cold Isostatic Pressing)하는 단계;
B) 등가압된 카본을 고속 분쇄기를 이용하여 미분으로 분쇄하는 단계;
C) 상기 분쇄된 미분의 카본분말과 분산제에 의해 분산된 나노크기의 실리콘을 90:10~70:30의 중량비율로 혼합하여 복합화하는 단계; 및
D) 카본/실리콘 복합체를 구형화하는 단계를 포함하는
카본/실리콘 복합체의 제조방법.
A) cold isostatic pressing the carbon powder;
B) pulverizing the pressurized carbon into fine powder using a high speed mill;
C) complexing by mixing the pulverized carbon powder and the nano-sized silicon dispersed by a dispersant in a weight ratio of 90:10 to 70:30; And
D) spheronizing the carbon / silicon composite
Method of producing a carbon / silicon composite.
제1항에 있어서,
상기 A단계에서의 카본 분말은 10~30㎛의 조분말인 것을 1500~2500barr의 압력으로 1~2시간 등가압 성형을 시행하는 것을 특징으로 하는
카본/실리콘 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The carbon powder in the step A is a coarse powder of 10 ~ 30㎛ characterized in that the equivalent pressure molding for 1 to 2 hours at a pressure of 1500 ~ 2500barr
Method of producing a carbon / silicon composite.
제2항에 있어서,
상기 등가압 성형은 용매로서 아세톤, 에탄올, 무수 알코올을 사용하는 것을 특징으로 하는
카본/실리콘 복합체의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The equivalent pressure molding is characterized by using acetone, ethanol, anhydrous alcohol as a solvent
Method of producing a carbon / silicon composite.
제1항에 있어서,
상기 B)단계에서의 고속분쇄는 10000rpm이상의 속도로 행하는 것임을 특징으로 하는
카본/실리콘 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The high speed grinding in step B) is performed at a speed of 10000 rpm or more.
Method of producing a carbon / silicon composite.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 C)단계에서 분산제는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 또는 하이드록시 폴리 셀룰로우즈(Hydroxyl poly cellulose)인 것을 특징으로 하는
카본/실리콘 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step C), the dispersing agent is ethylene glycol, polyethylene glycol, or hydroxy poly cellulose.
Method of producing a carbon / silicon composite.
제1항에 있어서,
상기 복합화는 플라네터리 밀(Planetary mill)을 이용하여 200rpm에서 2시간 습식혼합을 진행하는 것임을 특징으로 하는
카본/실리콘 복합체의 제조방법.
The method of claim 1,
The complexing is characterized in that the wet mixing is carried out for 2 hours at 200rpm using a planetary mill (Planetary mill)
Method of producing a carbon / silicon composite.
제1항에 있어서,
상기 카본/실리콘 복합체는 5~15㎛의 크기의 구형인 것을 특징으로 하는 카본/실리콘 복합체의 제조방법.









The method of claim 1,
The carbon / silicon composite is a method of producing a carbon / silicon composite, characterized in that the sphere of 5 ~ 15㎛ size.









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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07165467A (en) * 1993-12-14 1995-06-27 Tokai Carbon Co Ltd Production of isotropic graphite material
KR100752058B1 (en) * 2006-06-15 2007-08-27 주식회사 소디프신소재 Anode active material for non-aqueous lithium ion battery

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