KR101519333B1 - α-그래다인을 이용한 리튬이온전지용 음극물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 α-그래다인(α-graphdiyne)을 이용한 리튬이온전지용 음극물질 및 이를 포함하는 리튬이온전지에 관한 것으로, 그래파이트와 같은 종래 음극물질에 비하여 에너지 저장용량을 크게 향상시킨 리튬이온전지용 음극물질에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, sp 결합된 탄소 원자 4개가 선형으로 연결된 탄소 사슬과 sp2 결합된 탄소 원자의 네트워크로 이루어진 2차원 레이어가 적층된 α-그래다인을 리튬이온전지용 음극물질로 이용함으로써, 현재 상용화되고 있는 리튬이온전지용 음극물질보다 리튬의 저장용량이 10 배 정도 향상될 뿐만 아니라 빠른 속도로 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 리튬 이온의 탈삽입에 의한 체적변화가 작아 안정적인 리튬이온전지용 음극물질로 사용이 가능하다.

Description

α-그래다인을 이용한 리튬이온전지용 음극물질{LITHIUM ION BATTERY ANODE MATERIAL WITH α-GRAPHDIYNE}
본 발명은 α-그래다인(α-graphdiyne)을 이용한 리튬이온전지용 음극물질 및 이를 포함하는 리튬이온전지에 관한 것으로, 그래파이트와 같은 종래 음극물질에 비하여 에너지 저장용량을 크게 향상시킨 리튬이온전지용 음극물질에 관한 것이다.
리튬이온전지는 다른 충전전지와 비교하여 높은 에너지 밀도를 갖고 있어 휴대용 전자기기에 널리 사용되고 있으며 전기 차량에 응용될 것으로 기대되고 있다. 종래 벌크 리튬 금속이 리튬이온전지의 음극물질로 이용되어 왔으나, 리튬 금속 음극물질은 덴드라이트(dendrite) 형성과 같은 안정성 문제를 갖는다[참고문헌 1, 2]. 흑연, 즉 그래파이트(graphite)는 리튬 이온의 높은 확산성(고 파워)과 리튬의 층간삽입을 통한 높은 안정성(작은 체적 변화)을 야기하는 층상 구조로 인해 리튬이온전지의 음극물질로 우수한 안정성을 갖는다. 리튬이 층간삽입된 그래파이트의 최대 배열은 비용량 372 mAh/g, 체적용량 818 mAh/cm3을 갖는 C6Li으로, 고용량 리튬이온전지를 위한 새로운 음극물질의 연구가 계속되고 있다.
음극물질로 사용되기 위해서는 몇 가지 요건들이 충족되어야 한다. 첫째, 벌크 리튬의 응집 에너지는 ~1.6 eV이다. 전지의 개로 전압(OCV, open circuit voltage)이 벌크 리튬이 기준 전극으로 사용될 때 ~0 내지 ~2 V이어야 한다. 전압이 음수일 경우 리튬의 분리가 발생하고 전압이 ~2 V보다 크면 음극물질로 기능을 하지 못하게 된다. 둘째, 그래파이트의 비용량 372 mAh/g과 체적용량 818 mAh/cm3보다 비용량 및 체적용량이 커야 한다. 셋째, 리튬 삽입에 의한 체적 변화는 그래파이트 정도로 작아야 한다.
최근, 근접하게 위치하고 sp 결합된 두 개의 탄소 원자와 sp2 결합된 탄소 원자로 구성된 2차원 원자층으로 이루어진 다층의 그래파인(graphyne)이 대칭 및 비대칭 디랙 콘(Dirac cone)을 갖는 것과 같은 흥미로운 전자적 특성이 보고되었다. 또 다른 특성으로는, 그래파인은 육각형의 영역이 그래핀(graphene)의 약 8배로 매우 크기 때문에 1차원 그래파인의 표면 면적이 그래핀보다 크다는 것이다. 응용 관점에서 그래파인의 구조적 특성은 에너지 저장물질로 다양한 잠재적 응용을 가능하게 한다. 본 발명자들은 리튬이 층간삽입된 다층의 α- 및 γ-그래파인 합성물이 그래파이트의 세 배에 달하는 1117 mAh/g의 비용량을 갖고 C6Li3의 복합 구조체를 가지며 체적용량이 ~818 mAh/cm3인 그래파이트보다 큰 1364 및 1589 mAh/cm3의 체적용량을 갖는 것을 개시한 바 있다. 상향식 접근(bottom-up approach) 방식을 이용하여 그래파인과 같은 sp-sp2 혼성 탄소 네트워크의 합성이 가능하고, 근접하게 위치한 네 개의 sp 결합된 탄소 원자와 sp2 결합된 탄소 원자로 이루어진 2차원 원자층인 그래다인은 필름 형성 과정에서 합성이 가능하였다[참고문헌 3, 4].
또한, 리튬 저장을 위한 단일층의 γ-그래다인의 적용 가능성을 밀도 함수 이론을 이용하여 실험한 결과[참고문헌 5], 다층의 γ-그래다인에서 높은 리튬 이동성과 리튬 층간삽입 및 복합 구조체 C6Li2를 관찰하였다. 그래핀과 같은 벌집 격자 구조를 갖는 α-그래다인은 다른 종류의 그래다인보다 넓은 표면적을 가져 리튬 이온이 층간삽입되는 표면적이 크고, γ-그래다인이 0.53 eV의 DFT(density functional theory) 밴드갭을 갖는 반도체인 반면, α-그래다인은 금속성을 띠어 전기 전도성을 가진다[참고문헌 6]. 따라서, 본 발명자들은 다층의 α-그래다인을 리튬이온전지 음극물질에 적용하고자 한다.
관련 선행기술로 대한민국 등록특허 10-0706188(2차전지 음극에서의 리튬 금속 분산) 등이 있지만, α-그래다인을 이용한 리튬이온전지용 음극물질에 대해서는 전혀 개시된 바가 없다.
[참고문헌]
[1] T. B. Reddy, S. Hossain, Rechargeable Lithium Batteries, in Handbook of Batteries, 3rd ed. D. Linden, T. B. Reddy, Eds.; McGraw-Hill: New York, (1995).
[2] B. J. Landi, M. J. Ganter, C. D. Cress, R. A. DiLeo, and R. P. Raffaelle, Energy Environ. Sci. 2, 638 (2009).
[3] J. M. Kehoe, J. H. Kiley, J. J. English, C, A, Johnson, R. C. Petersen, and M. M. Haley, Org. Lett. 2, 969 (2000).
[4] G. X. Li, Y. L. Li, H. B. Liu, Y. B. Guo, Y. J. Li, and D. B. Zhu, Chem. Commun. 46, 3256 (2010).
[5] H. Zhang, M. Zhao, X. He, Z. Wang, X. Zhang, and X. Liu, J. Phys. Chem. C 115, 8845 (2011).
[6] G. Luo, X. Qian, H. Liu, R. Qin, J. Zhou, L. Li, Z. Gao, E. Wang, W.-N. Mei, J. Lu, Y. Li, and S. Nagase, Phys. Rev. B 84, 075439 (2011).
본 발명의 목적은 sp 및 sp2 혼성 탄소 원자의 네트워크로 이루어진 2차원 레이어들이 적층된 다층의 α-그래다인을 이용하여 고용량의 리튬이온전지용 음극물질 및 이를 포함하는 리튬이온전지를 제공함에 있다.
본 발명은 sp-결합된 탄소 원자와 sp2-결합된 탄소 원자의 네트워크로 이루어진 2차원 레이어들이 적층된 구조를 갖는 α-그래다인(α-graphdiyne)의 레이어 사이에 리튬 이온이 층간삽입 또는 층간탈리되는 리튬이온전지용 음극물질을 제공한다.
상기 리튬 이온은 레이어의 면내(in-plane) 육각형 평면의 중심에서 다소 편심된 위치에 흡착되는 것을 특징으로 한다.
상기 리튬 이온은 탄소 원자의 상부 또는 탄소 원자간의 결합 부위에 흡착되는 것을 특징으로 한다.
상기 리튬 이온의 층간삽입에 의해 sp-결합된 탄소 원자로 이루어진 탄소 사슬이 지그재그형으로 뒤틀리는 것을 특징으로 한다.
상기 리튬 이온이 층간삽입된 α-그래다인 복합체의 단위격자 구조는 C6Lix(0<x≤11.18)인 것을 특징으로 한다.
이때, x가 10.32인 C6Li10.32 단위격자 구조를 갖는 α-그래다인 복합체는 3840 mAh/g의 비용량 및 2869 mAh/cm3의 체적용량을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 음극물질을 포함하는 리튬이온전지를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, sp 결합된 탄소 원자 4개가 선형으로 연결된 탄소 사슬과 sp2 결합된 탄소 원자의 네트워크로 이루어진 2차원 레이어가 적층된 α-그래다인을 리튬이온전지용 음극물질로 이용함으로써, 현재 상용화되고 있는 리튬이온전지용 음극물질보다 리튬의 저장용량이 10 배 정도 향상될 뿐만 아니라 빠른 속도로 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 리튬 이온의 탈삽입에 의한 체적변화가 작아 안정적인 리튬이온전지용 음극물질로 사용이 가능하다.
도 1은 각각의 육각형이 (a) 하나의 리튬 원자 또는 (b) 두 개의 리튬 원자를 수용할 때 단일층의 α-그래다인에 부착된 리튬 원자의 세 가지 원자적 구조에 따른 단면도 및 측면도. 회색점은 탄소 원자, 보라색점은 리튬 원자를 의미함.
도 2는 다른 농도에서 (a) C6Li1.72, (b) C6Li3.87, (c) C6Li8.60, (d) C6Li11.18 단일층의 α-그래다인에 부착된 리튬의 최적화된 원자적 구조. (e)는 농도 x에 따른 계산된 리튬 원자 당 평균 전압 그래프.
도 3은 농도 x=10.32에서 리튬이 층간삽입된 AB-스태킹(AB-stacking)된 다층의 α-그래다인의 단면도 및 측면도. (c)는 농도 x에 따른 AB-스태킹된 다층의 α-그래다인의 계산된 리튬 원자 당 평균 전압 그래프.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 sp-결합된 탄소 원자와 sp2-결합된 탄소 원자의 네트워크로 이루어진 2차원 레이어들이 적층된 구조를 갖는 α-그래다인(α-graphdiyne)의 레이어 사이에 리튬 이온이 층간삽입 또는 층간탈리되는 리튬이온전지용 음극물질을 제공한다.
그래다인은 sp 결합된 탄소 원자 4개가 선형으로 연결된 탄소 사슬과 sp2 결합된 탄소 원자의 네트워크로 이루어진 벌집 격자 구조를 갖는 2차원 평면구조로서, 다층으로 쌓아 만든 3차원 구조는 대용량 리톰이온전지 음극물질로 이용이 가능하다.
상기 리튬 이온은 레이어의 면내(in-plane) 육각형 평면의 중심에서 다소 편심된 위치에 흡착되거나, 탄소 원자의 상부 또는 탄소 원자간의 결합 부위에 흡착된다.
상기 리튬 이온의 층간삽입에 의해 sp-결합된 탄소 원자로 이루어진 탄소 사슬이 지그재그형으로 뒤틀리게 된다.
상기 리튬 이온이 층간삽입된 α-그래다인 복합체의 단위격자 구조는 C6Lix(0<x≤11.18)이다.
이때, x가 10.32인 C6Li10.32 단위격자 구조를 갖는 α-그래다인 복합체는 3840 mAh/g의 비용량(specific capacity) 및 2869 mAh/cm3의 체적용량(volumetric capacity)을 갖는다. 이는 그래파이트 ~372 mAh/g, ~818 mAh/cm3, γ-그래파인 ~1117 mAh/g, ~1589 mAh/cm3 및 γ-그래다인 ~744 mAh/g과 비교하여 훨씬 큰 값을 나타낸다.
또한, 본 발명은 상기 음극물질을 포함하는 고용량의 리튬이온전지를 제공한다.
실시예.
본 실시예에서는 프로젝터 보충파(PAW; projector-augmented-wave) 방법이 마련된 VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)에서 시행되는 밀도함수이론에 기초하는 제일원리 방법을 이용하였다[참고문헌 7, 8]. 교환 상관성 에너지 함수가 PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof) 방법에서 표준 그래디언트 근사(GGA)와 함께 이용되었으며, 운동에너지 컷오프(cutoff)는 400 eV로 하였다[참고문헌 9].
본 실시예에서 모델에 사용된 α-그래다인 시스템은 14개 탄소 원자를 갖는 1×1 육각형 셀(cell)이었다. 리튬이 분산된 α-그래다인의 기하학적 구조의 최적화는 고립된 그래다인의 평형 격자 상수로부터 얻은 고정된 1×1 셀 내에서 각 원자에 작용하는 헬만-파이만(Hellman-Feynman) 힘이 0.01 eV/Å 보다 작아질 때까지 수행하였다.
제1 브릴리앙 존(first Brillouin zone) 적분은 몬크호스트-팩 방법(Monkhorst-Pack)에 의해 이루어졌다[참고문헌 10]. 4×4×1 k-포인트 샘플링은 1×1 α-그래다인에 대해 이루어졌다. 주기 계산에 의한 이미지 구조 사이의 스퓨리어스 상호작용(spurious interaction)을 제거하기 위하여 모든 비주기 방향 각각에서 12 Å의 진공 레이어를 취하였다. 4×4×2 k-포인트 샘플링은 1×1×2 리튬이 층간삽입된 AB 스태킹된 다층의 α-그래다인에 대해 이루어졌다. GGA-D2 방법은 다층의 그래다인에 대해 이루어져 반 데르 발스 상호작용을 설명하였다.
α-그래다인의 리튬이온전지 음극물질로의 적용 가능성을 알아보기 위해, 근접하게 위치한 네 개의 sp 결합된 탄소 원자와 sp2 결합된 탄소 원자로 이루어진 벌집 격자 구조를 갖는 α-그래다인에서의 리튬 흡착을 실시하였다.
도 1은 리튬이 분산된 단일층의 α-그래다인의 원자적 구조를 나타낸다. 단일층의 α-그래다인에 리튬 흡착을 수행한 결과, sp 결합된 탄소 원자, sp2 결합된 탄소 원자의 상부와 sp 결합된 탄소 원자와 sp2 결합된 탄소 원자 사이, sp 결합된 탄소 원자들 사이의 밴드에서 리튬 원자의 4 가지의 서로 다른 기하학적인 구조가 나타났다. 리튬 원자는 원자의 상부와 결합(밴드) 부위와 같은 부분적인 기하학적인 위치를 선호하였다. 상기와 같은 육각형의 가장자리에서 리튬 원자의 면외(out-of-plane) 흡착은 각각의 육각형이 하나의 리튬 원자를 수용할 때 최소한의 에너지 배열을 갖게 하며, 리튬 원자가 면내(in-plane)에 흡착되는 γ-그래다인과 달리 하나의 리튬 원자가 더 더해질 때 리튬 원자의 면외 흡착이 에너지 면에서 선호적으로 일어났다.
1×1 α-그래다인에서 리튬 원자의 결합 에너지는 리튬 농도 x에 대한 함수로 계산되었고, 이때 x는 C6Lix로부터 정의된 것이다. 리튬 원자의 결합 에너지는
Figure 112013093774749-pat00001
에 의해 계산되었다. N은 농도 x에 대해 1×1 셀당 부착된 Li 원자의 수이며,
Figure 112013093774749-pat00002
는 Li 원자의 농도 x를 갖는 Li이 분산된 1×1 그래다인의 전체 에너지이며,
Figure 112013093774749-pat00003
는 1×1 고립된 α-그래다인의 전체 에너지이며,
Figure 112013093774749-pat00004
는 진공에서 고립된 Li 원자의 전체 에너지이다.
도 1에서 보여지는 리튬이 분산된 α-그래다인 합성물은 각각 (a) C6Li0.188, (b) C6Li0.125이다. 그래다인은 탄소 원자의 상부, sp- 및 sp2- 결합된 육각형의 중공부와 같은 리튬 원자가 부착되는 몇몇 부위를 가지는데, 가장 선호되는 부착 부위는 면내(in-plane) 육각형 평면의 중심에서 다소 편심된 위치이며, 이때 리튬 원자와 가장 근접한 위치의 탄소 원자 사이의 거리는 ~2.12 Å이고 리튬 원자의 결합 에너지는 ~1.88 eV/Li이다. α-그래다인에서 리튬의 결합 에너지는
Figure 112013093774749-pat00005
보다 크다. 이는 리튬 원자가 리튬의 분리 없이 α-그래다인에 분산될 수 있음을 의미한다. 그래다인에서 리튬 원자의 계산된 결합 에너지는 해당 GGA 값인 α-그래파인의 2.21 eV/Li, γ-그래파인의 2.69 eV/Li보다 작고, 그래핀의 1.10 eV/Li, C60의 1.80 eV/Li 및 (5,5) 탄소나노튜브의 0.34 eV/Li(안쪽 쉘), 0.41 eV/Li(바깥쪽 쉘)보다 크며, 카바인(carbyne)의 1.83 eV/Li과 유사하다. 리튬 원자의 결합 에너지는 다른 물질에 비하여 감소된 차원수로 인하여 Li+ 이온과 C- 사이의 증가된 정전기 상호작용(electrostatic interaction)에 의해 강화된 것으로 보인다.
C6Lix로부터 정의된 농도 x가 증가함에 따른 그래다인에서의 리튬 원자 흡착을 계산하였다(도 2). 두 개의 리튬 원자가 각각의 육각형에 위치할 때, 리튬 원자 하나가 면내에 흡착하였고 나머지 리튬 원자 하나는 면외에 흡착하였다. 일반적으로, 리튬 원자의 농도가 높아짐에 따라 면외 흡착이 선호되었다. sp 결합된 탄소 원자로 이루어진 탄소 사슬은 리튬 흡착에 의해 지그재그형 탄소 사슬과 같이 뒤틀렸고 각각의 sp 결합된 탄소 원자에 두 개의 리튬 원자가 흡착되었다. 이는 카바인의 리튬 흡착 기하학적 구조와 유사하며, 리튬 원자가 약간의 뒤틀림을 갖는 육각형의 면내에 부착되는 α-그래파인의 리튬 흡착 기하학적 구조와 대조적이었다.
또한, 리튬이온전지 음극물질을 위한 리튬이 분산된 α-그래다인의 유용성을 알아보기 위해 개로 전압(V ocv, open circuit voltage)을 농도 x를 변화시키며 계산하였다.
Figure 112013093774749-pat00006
e는 전자의 전하이며, V ocv는 농도가 증가함에 따라 리튬 원자간 반발적 상호작용이 증가함으로 인해 ~0.5 V에서 ~0.1 V로 감소하였다(도 2 (e)). 계산된 V ocv는 음극물질로 이용하기에 적합하였다. 농도가 11.20을 넘으면 전압이 음수(추가적인 리튬 흡착 과정이 흡열반응)가 되므로 최대 리튬이 분산된 그래다인 합성물은 C6Li11.18이 되고 4259 mAh/g의 비용량을 갖는다. 이는 리튬이 분산된 카바인의 비용량 값과 유사하다.
그래파이트와 같은 층상 구조는 리튬의 높은 확산성과 리튬의 층간삽입에 의한 작은 체적 변화, 리튬 탈삽입의 우수한 가역성에 의한 오랜 수명, 우수한 확장성(scalability)과 같은 특징으로 인해 리튬이온전지 음극물질로 이용하는데 적합하다. 또한, 다층의 그래다인도 리튬이온전지 음극물질로 이용이 가능할 것이다. 따라서, AB 스태킹된 다층의 α-그래다인을 채택하여 리튬이온전지 음극물질로의 이용 가능성을 실험하였다.
상기 단일층 그래다인에서의 리튬 분산에 관한 계산에 기초하여, 리튬이 층간삽입된 안정적인 다층의 α-그래다인 구조를 예상하였다. 도 3은 농도 x에 따른 리튬 원자의 전압과 함께 리튬이 층간삽입된 다층의 α-그래다인의 최적의 기하학적인 구조를 나타낸다. 도 3(a) 및 (b)는 농도 x=10.32에서의 리튬이 층간삽입된 AB 스태킹된 α-그래다인의 단면과 측면을 나타내고, 이때 층간 거리는 3.25 Å이다. 리튬 원자는 층과 층 사이에 삽입되었고, 흡착된 리튬 원자의 부분적인 기하학적인 구조는 리튬이 분산된 카바인의 경우와 유사하였다. GGA-D2 계산에 의한 층과 층 사이 거리는 3.15 Å으로 리튬의 층간삽입에 의해 층간 거리가 3.15 Å에서 3.25 Å으로 증가하였고, 면내(in-plane) 방향에 따른 격자 상수는 변화되지 않아 ~3 %의 부피 확장을 야기하여 α-그래다인이 리튬이온전지 음극물질로 이용되는데 적합한 체적 변화를 나타내었다.
도 3(c)에서 보는 바와 같이, 다층의 α-그래다인에서 개로 전압(open circuit voltage, OCV)은 양수를 나타내었고, 리튬 원자가 리튬의 분리 없이 층간에 삽입되었다. 추가적인 층간삽입 과정은 흡열반응이므로 최대값 농도 x=10.32를 택하였고, 농도 x 〉 ~11에서는 리튬 클러스터링(clustering)이 발생하므로 리튬이 층간삽입된 다층의 α-그래다인의 최대 배열은 C6Li10.32인 것으로 측정되었다. 이는 리튬이 층간삽입된 그래파이트와 C6Li3 구조를 갖는 다층의 α-, γ-그래파인(출원번호 10-2012-0136168 참조)의 비용량 372 mAh/g, 1117 mAh/g보다 큰 3840 mAh/g의 비용량 값을 나타냈다. 또한, 리튬이 층간삽입된 다층의 α-그래다인(C6Li10.32)의 계산된 체적용량은 2869 mAh/cm3으로 그래파이트 ~818 mAh/cm3, 다층의 α-그래파인 ~1364 mAh/cm3 및 다층의 γ-그래파인 ~1589 mAh/cm3과 비교하여 상당히 큰 값을 나타내었다. 이는 다층의 α-그래다인이 고용량 음극물질로 이용될 수 있음을 시사한다.
상기와 같이 리튬이 분산된 단일층과 리튬이 층간삽입된 AB 스태킹된 다층의 α-그래다인의 리튬이온전지 음극물질로의 이용 가능성을 실험한 결과, α-그래다인에서 sp 결합된 탄소 원자는 리튬 원자와 결합하고 음극물질로 이용하는데 적합한 전압과 카바인과 유사한 지그재그형 사슬과 같은 기하학적 구조를 갖는 것으로 나타났다. 리튬이 흡착된 기하학적 구조가 카바인과 유사하여, 다층의 α-그래다인의 리튬 수용량이 sp 및 sp2 혼성 탄소 네트워크로 이루어진 2차원 층 중에서 가장 크고 sp2 결합된 탄소 원자로 이루어진 다른 탄소 나노구조체보다 클 것으로 예상된다. 2차원 sp 및 sp2 혼성 네트워크의 체적용량은 sp 결합된 탄소 사슬의 길이가 증가함에 따라 크게 감소한다. 따라서, 리튬 수용량과 체적용량의 관점에서 α-그래다인은 최적의 리튬이온전지 음극물질로 이용될 수 있음을 알 수 있다. α- 및 γ-그래다인의 산출된 응집 에너지(7.0 eV 및 7.2 eV)는 그래파이트(9.1 eV)보다 작고, 리튬의 탈삽입 과정에서 α-그래다인의 구조적 안정성은 실제 음극물질로 적용함에 있어 중요한 요소로 작용한다.
[참고문헌]
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[10] H. J. Monkhorst, and J. D. Pack, Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).

Claims (7)

  1. sp-결합된 탄소 원자와 sp2-결합된 탄소 원자의 네트워크로 이루어진 2차원 레이어들이 적층된 구조를 갖는 α-그래다인(α-graphdiyne)의 레이어 사이에 리튬 이온이 층간삽입 또는 층간탈리되는 리튬이온전지용 음극물질.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리튬 이온은 레이어의 면내(in-plane) 육각형 평면의 중심에서 다소 편심된 위치에 흡착되는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 음극물질.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 리튬 이온은 탄소 원자의 상부 또는 탄소 원자간의 결합 부위에 흡착되는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 음극물질.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 리튬 이온의 층간삽입에 의해 sp-결합된 탄소 원자로 이루어진 탄소 사슬이 지그재그형으로 뒤틀리는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 음극물질.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 리튬 이온이 층간삽입된 α-그래다인 복합체의 단위격자 구조는 C6Lix(0<x≤11.18)인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 음극물질.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 x가 10.32인 C6Li10.32 단위격자 구조를 갖는 α-그래다인 복합체는 3840 mAh/g의 비용량 및 2869 mAh/cm3의 체적용량을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 음극물질.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 음극물질을 포함하는 리튬이온전지.



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