KR101589458B1 - A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same - Google Patents

A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101589458B1
KR101589458B1 KR1020130120240A KR20130120240A KR101589458B1 KR 101589458 B1 KR101589458 B1 KR 101589458B1 KR 1020130120240 A KR1020130120240 A KR 1020130120240A KR 20130120240 A KR20130120240 A KR 20130120240A KR 101589458 B1 KR101589458 B1 KR 101589458B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal particles
silicon
active material
secondary battery
lithium secondary
Prior art date
Application number
KR1020130120240A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150041818A (en
Inventor
백성호
김재현
박정수
Original Assignee
재단법인대구경북과학기술원
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 재단법인대구경북과학기술원 filed Critical 재단법인대구경북과학기술원
Priority to KR1020130120240A priority Critical patent/KR101589458B1/en
Publication of KR20150041818A publication Critical patent/KR20150041818A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101589458B1 publication Critical patent/KR101589458B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 전기 전도도가 우수한 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어 및 이의 제조 방법, 상기 실리콘 나노 와이어를 이용하여, 실리콘계 음극 활물질을 제조하는 방법 및 이를 이용한 리튬 2차전지를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 이용하여 제조된 음극 활물질을 포함하는 리튬 2차전지의 경우, 고용량 유지 및 사이클 수명 개선 효과가 있을 뿐만 아니라, 고속 충/방전 구현이 가능하다. 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법은, (a) 실리콘 기판 상에 서로 이격된 제 1 금속 입자들을 형성하는 단계; (b) 상기 실리콘 기판을 선택적으로 식각하여 실리콘 나노 와이어를 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 금속 입자들을 제거하는 단계; (d) 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격된 제 2 금속 입자들을 형성하는 단계; 및 (e) 표면 상에 상기 제 2 금속 입자들이 형성된 실리콘 나노 와이어를 상기 실리콘 기판으로부터 분리하는 단계를 포함한다. The present invention provides a method of manufacturing a silicon-based anode active material using the silicon nanowire and a method of manufacturing a lithium secondary battery using the same. In the case of a lithium secondary battery including a negative electrode active material manufactured using silicon nanowires coated with metal particles according to the present invention, high capacity charge and discharge can be realized as well as high capacity maintenance and cycle life improvement effect . According to the present invention, there is provided a method of manufacturing metal nanoparticles coated with metal particles, comprising the steps of: (a) forming first metal particles spaced from each other on a silicon substrate; (b) selectively etching the silicon substrate to form silicon nanowires; (c) removing the first metal particles; (d) forming second metal particles spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire; And (e) separating the silicon nanowires having the second metal particles formed thereon from the silicon substrate.

Description

실리콘 나노 와이어의 제조 방법 및 이를 이용한 실리콘계 음극 활물질과 리튬 2차전지의 제조방법{A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for manufacturing a silicon nanowire, a silicon anode active material using the same, and a method for manufacturing a lithium secondary battery,

본 발명은 실리콘 나노 와이어의 제조 방법, 실리콘 나노 와이어를 이용한 실리콘계 음극 활물질 및 리튬 2차전지의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전기 전도도가 우수한 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 실리콘계 음극 활물질 및 리튬 2차전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a silicon nanowire, a silicon anode active material using a silicon nanowire, and a method of manufacturing a lithium secondary battery, and more particularly, to a method of manufacturing a silicon nanowire coated with metal particles having excellent electrical conductivity, To a method for manufacturing a silicon-based negative electrode active material and a lithium secondary battery.

최근 급증하고 있는 스마트폰 및 태블릿 PC와 같은 개인휴대 단말장치나, 하이브리드 전기자동차 및 플러그인 전기자동차와 같은 전기자동차의 전원장치로서 리튬 2차전지에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 특히 기존의 상용 리튬 2차전지의 음극 및 양극 소재를 대체할 수 있는 고출력 및 고에너지밀도 활물질 개발이 전세계적으로 활발히 진행되고 있다.Demand for lithium secondary batteries has been greatly increased as power sources for electric vehicles such as personal portable terminal devices such as smart phones and tablet PCs, hybrid electric vehicles and plug-in electric vehicles, Development of high-power and high-energy density active materials capable of replacing the anode and cathode materials of the secondary battery has been actively conducted all over the world.

음극의 경우 대부분의 상용 리튬 2차전지에서 사용되는 흑연의 이론용량이 372mAh/g 수준이므로 고용량 배터리 구현이 불가능하다. 이를 극복하기 위한 활물질로서 이론용량이 4,200mAh/g에 달하는 실리콘을 기반으로 하는 실리콘계 음극 활물질이 크게 주목받아 왔다. 실리콘계 음극활물질은 도전재(카본) 및 접착제(바인더)를 실리콘 재료와 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 후 금속 집전체 위에 코팅하는 것이 일반적이다.In the case of the cathode, since the theoretical capacity of graphite used in most commercial lithium secondary batteries is 372 mAh / g, it is impossible to realize a high capacity battery. As an active material for overcoming this problem, a silicon based anode active material having a theoretical capacity of 4,200 mAh / g has attracted much attention. The silicon-based anode active material is generally prepared by mixing a conductive material (carbon) and an adhesive (binder) with a silicone material to prepare a slurry and then coating the metal current collector.

한편, 리튬과 전기화학적으로 합금이 이루어지는 대부분의 금속 및 금속 산화물 물질과 마찬가지로 실리콘 또한, 충방전에 따른 부피팽창과 수축에 의한 전극의 기계적 손상 및 이에 의한 급속한 수명 단축 문제를 가지고 있어, 이를 해결하기 위해서 입자의 나노 사이즈화 및 리튬 활성/비활성 이종 재료와의 복합화를 통한 성능 향상이 추구되고 있다. 이러한 방법 중 하나로, 실리콘의 부피팽창과 수축에 대해 상당한 완충력을 가지고 있어서 실리콘의 균열을 방지할 수 있는, 실리콘의 나노 와이어 형태를 음극 활물질로 사용하려는 많은 연구가 시도되었다(한국공개특허 제10-2010-0127990호 및 제10-2011-0123578호).On the other hand, as with most metals and metal oxide materials in which an alloy is electrochemically formed with lithium, silicon also has a problem of mechanical damage of the electrode due to volume expansion and shrinkage due to charging and discharging and shortening of life time thereof rapidly. , There is a demand for improvement of performance by nano-sizing of particles and complexing with lithium active / inactive dissimilar materials. In one of these methods, many studies have been made to use a nanowire type of silicon as a negative electrode active material, which has a considerable buffering capacity against the volume expansion and contraction of silicon, thereby preventing cracking of the silicon (Korean Patent Laid- 2010-0127990 and 10-2011-0123578).

그러나, 이러한 실리콘 나노 와이어를 이용한 음극 활물질을 리튬 2차전지에 사용할 경우, 고속 충방전 시 실리콘 표면에 형성되는 고체 전해질 계면으로 인해 비용량 및 사이클 특성이 저하되는 단점이 있다. 따라서, 실리콘 나노 와이어를 리튬 2차전지의 음극 활물질로 사용할 때에, 실리콘 나노 와이어의 표면에 고체 전해질 계면이 형성되는 것을 억제시켜 사이클 특성 개선 및 고용량 유지를 할 수 있는, 실리콘 나노 와이어를 제조할 필요가 있다.However, when the anode active material using such a silicon nanowire is used in a lithium secondary battery, there is a disadvantage that the capacity and cycle characteristics are deteriorated due to the solid electrolyte interface formed on the silicon surface during high-speed charge and discharge. Therefore, it is necessary to manufacture a silicon nanowire that can suppress the formation of a solid electrolyte interface on the surface of a silicon nanowire to improve cycle characteristics and maintain a high capacity when the silicon nanowire is used as an anode active material of a lithium secondary battery. .

본 발명은 표면에 전기 전도도가 우수한 금속 입자가 형성된 실리콘 나노 와이어 및 이의 제조 방법, 상기 실리콘 나노 와이어를 이용하여, 고용량 및 고속 충/방전 구현이 가능한 실리콘계 음극 활물질을 제조하는 방법 및 이를 이용한 리튬 2차전지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a method for producing a silicon-based anode active material having metal particles having excellent electrical conductivity on its surface and a method for producing the same, a method for producing a silicon-based anode active material capable of realizing a high capacity and high charge / discharge rate by using the silicon nanowire, And a method for manufacturing a secondary battery.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 하나의 수단으로서, The present invention provides, as one means for solving the above problems,

(a) 실리콘 기판 상에 서로 이격된 제 1 금속 입자들을 형성하는 단계;(a) forming first metal particles spaced apart from each other on a silicon substrate;

(b) 상기 실리콘 기판을 선택적으로 식각하여 실리콘 나노 와이어를 형성하는 단계; (b) selectively etching the silicon substrate to form silicon nanowires;

(c) 상기 제 1 금속 입자들을 제거하는 단계;(c) removing the first metal particles;

(d) 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격된 제 2 금속 입자들을 형성하는 단계; 및 (d) forming second metal particles spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire; And

(e) 표면 상에 상기 제 2 금속 입자들이 형성된 실리콘 나노 와이어를 상기 실리콘 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법을 제공한다.
(e) separating the silicon nanowires formed with the second metal particles on the surface from the silicon substrate.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, The present invention also provides, as another means for solving the above problems,

실리콘 나노 와이어; 및 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격되어 형성된 금속 입자들을 포함하는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제공한다.
Silicon nanowires; And metal particles formed on the surface of the silicon nanowire, the metal particles being spaced apart from each other.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서,Further, the present invention provides, as still another means for solving the above problems,

본 발명에 따라 제조된, 또는 본 발명에 따른 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 도전재 및 바인더와 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는, 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.
There is provided a method for producing a silicon-based anode active material, which comprises mixing a silicon nanowire prepared according to the present invention or coated with metal particles according to the present invention with a conductive material and a binder to prepare a slurry.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서,Further, the present invention provides, as still another means for solving the above problems,

본 발명에 따라 제조된, 실리콘계 음극 활물질을 금속 집전체 상에 코팅하여 음극 활물질층을 제조하는 단계를 포함하는, 리튬 2차 전지의 제조 방법을 제공한다.There is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery comprising the step of coating a silicon negative electrode active material prepared according to the present invention on a metal current collector to prepare a negative electrode active material layer.

본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 이용하여 리튬 2차전지용 음극 활물질을 제조하고, 이를 이용하여 리튬 2차전지를 제조할 경우, 실리콘 나노 와이어 표면에 고체 전해질 계면이 형성되는 것을 제어할 수 있어, 고용량 유지 및 사이클 특성 개선이 이루어져, 고속 충/방전이 구현이 가능한 리튬 2차전지를 제공할 수 있다. When a negative electrode active material for a lithium secondary battery is manufactured using a silicon nanowire coated with metal particles and a lithium secondary battery is manufactured using the same, a solid electrolyte interface is controlled on the surface of the silicon nanowire A high capacity and a cycle characteristic can be improved, and a lithium secondary battery capable of realizing fast charge / discharge can be provided.

도 1은 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 공정의 모식도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 공정의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른, 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, (a)는 1,000x 확대 사진이고, (b)는 100,000x 확대 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른, 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른, 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 에너지 디스퍼시브 x-레이 스펙트로스코피(EDX, energy dispersive x-ray spectroscopy)의 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른, 리튬 2차전지의 일 구체예의 단면도이다.
도 10은 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지 및 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지에 대하여, 0.5C의 방전 전류에서 측정한 배터리 사이클(cycle) 및 용량(capacity)을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지 및 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지에 대하여, 각각 0.2C, 0.5C, 1C 및 2C의 방전 전류에서 측정한 배터리 사이클 및 용량을 나타내는 그래프이다.
도 12는 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지 및 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지에 대하여, 임피던스를 측정한 결과를 나이퀴스트 플롯(nyquist plot)으로 표시한 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicon nanowire with metal particles coated thereon according to the present invention.
Fig. 2 is a schematic diagram of a process for producing silicon nanowires coated with metal particles according to the present invention.
3 to 5 are cross-sectional views of a process for producing silicon nanowires coated with metal particles, according to the present invention.
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a silicon nanowire coated with gold (Au) particles according to the present invention, wherein (a) is an enlarged view at 1,000x and (b) is an enlarged view at 100,000x.
7 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a silicon nanowire coated with gold (Au) particles according to the present invention.
FIG. 8 is a photograph of energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) of gold nanowires coated with gold (Au) particles according to the present invention.
9 is a cross-sectional view of one embodiment of a lithium secondary battery according to the present invention.
Fig. 10 is a graph showing the relationship between the battery cycle (measured at a discharging current of 0.5 C) and the lithium secondary battery using a lithium secondary battery using a silicon nanowire as a negative active material and a lithium secondary battery using a silicon nanowire coated with gold cycle and capacity.
Fig. 11 is a graph showing the results of a comparison between a lithium secondary battery using a silicon nanowire as a negative electrode active material and a lithium secondary battery using a silicon nanowire coated with gold (Au) particles as a negative electrode active material, at 0.2C, 0.5C, 1C and 2C A graph showing the battery cycle and capacity measured at the discharge current.
12 is a graph showing the results of impedance measurement of a lithium secondary battery using a silicon nanowire as a negative electrode active material and a lithium secondary battery using a silicon nanowire coated with gold (Au) particles as a negative electrode active material, using a Nyquist plot nyquist plot).

본 발명은, (a) 실리콘 기판 상에 서로 이격된 제 1 금속 입자들을 형성하는 단계; (b) 상기 실리콘 기판의 부분을 선택적으로 식각하여 실리콘 나노 와이어를 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 금속 입자들을 제거하는 단계; (d) 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격된 제 2 금속 입자들을 형성하는 단계; 및 (e) 표면 상에 상기 제 2 금속 입자들이 형성된 실리콘 나노 와이어를 상기 실리콘 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법에 관한 것이다. (A) forming first metal particles spaced apart from each other on a silicon substrate; (b) selectively etching portions of the silicon substrate to form silicon nanowires; (c) removing the first metal particles; (d) forming second metal particles spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire; And (e) separating the silicon nanowires having the second metal particles formed thereon from the silicon substrate.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 구체예에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 5, a method of manufacturing a silicon nanowire having metal particles coated thereon according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이고, 도 2는 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 모식도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 제조 방법을 설명하기 위한 공정의 단면도이다. FIG. 1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a silicon nanowire having metal particles coated thereon according to the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a method of manufacturing silicon nanowires coated with metal particles according to the present invention. And FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a silicon nanowire having metal particles coated thereon according to the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법은, (a) 실리콘 기판 상에 서로 이격된 제 1 금속 입자들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to Figures 1 to 3, a method of manufacturing metal nanoparticles coated with metal particles, according to the present invention, comprises the steps of: (a) forming first metal particles spaced from each other on a silicon substrate; have.

상기 단계 (a)의 실리콘 기판은 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 실리콘 기판은 p형 도펀트 또는 n형 도펀트로 도핑될 수 있거나, 도핑되지 않을 수도 있다.  The silicon substrate of step (a) may have a thickness of 50 [mu] m to 500 [mu] m. The silicon substrate may be doped with a p-type dopant or an n-type dopant, or may not be doped.

도 1을 참고하면, 상기 단계 (a)에서 사용되는 실리콘 기판은 그 표면에 제 1 금속 입자들을 형성하기 전에, 세척될 수 있다. 실리콘 기판의 세척 단계는 상기 실리콘 기판 상의 유기물을 제거하고 친수성 표면 형성을 위한 공정일 수 있다. Referring to FIG. 1, the silicon substrate used in step (a) may be cleaned before forming the first metal particles on the surface thereof. The cleaning step of the silicon substrate may be a process for removing organic matter on the silicon substrate and forming a hydrophilic surface.

상기 실리콘 기판의 세척 단계는, 세척 용액 내에 상기 실리콘 기판을 담그는 공정을 포함할 수 있거나, 상기 실리콘 기판의 어느 일 면 상에 세척 용액을 제공하여, 상기 실리콘 기판의 일면 만을 세척할 수도 있다. 상기 실리콘 기판의 세척 용액의 종류는 특별히 제한되지 않고, 당업계에서 일반적으로 통용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. The cleaning step of the silicon substrate may include a step of immersing the silicon substrate in the cleaning solution, or the cleaning solution may be provided on one surface of the silicon substrate to clean only one surface of the silicon substrate. The type of the cleaning solution for the silicon substrate is not particularly limited and may be any one generally used in the art.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 실리콘 기판 상에 제 1 금속 입자들이 형성된다. 상기 제 1 금속 입자들은 상기 실리콘 기판의 일 면 또는 양면 상에 형성될 수 있다. 상기 제 1 금속 입자들은 실리콘 기판 상에서 서로 이격되어 있으며, 상기 제 1 금속 입자들은 귀금속이거나, 바람직하게는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, first metal particles are formed on the silicon substrate. The first metal particles may be formed on one or both surfaces of the silicon substrate. Wherein the first metal particles are spaced apart from one another on a silicon substrate and the first metal particles are noble metal or preferably selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt) .

상기 단계 (a)에서, 실리콘 기판 상에 서로 이격된 제 1 금속 입자들을 형성하는 것은, 스핀 코팅, 딥 코팅, 무전해증착, 물리적 증착, 화학적 증착, 열 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링, 드롭 코팅(drop-coating), 스프레이 에어로졸(spray aerosol) 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있으나, 바람직하게는 제 1 금속 입자들을 포함하는 용액을 이용한 드롭 코팅, 스프레이 에어로졸 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다.In the step (a), forming the first metal particles spaced apart from each other on the silicon substrate may be performed by a method including spin coating, dip coating, electroless deposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, thermal vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, drop coating drop-coating, spray aerosol, or a combination thereof, but may preferably be performed by a drop coating using a solution comprising the first metal particles, a spray aerosol or a combination thereof .

상기 단계 (a)에서, 실리콘 기판 상에 서로 이격된 제 1 금속 입자들을 형성한 후, 열처리할 수 있다. 상기 단계 (a)의 열처리는 200℃ 내지 500℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 열처리를 수행함으로써, 제 1 금속 입자가 실리콘 기판의 표면에 부착될 수 있다.In the step (a), first metal particles spaced apart from each other may be formed on a silicon substrate, and then heat-treated. The heat treatment in the step (a) may be performed within a temperature range of 200 ° C to 500 ° C. By performing the heat treatment within the temperature range, the first metal particles can be attached to the surface of the silicon substrate.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법은, (b) 상기 실리콘 기판의 부분을 선택적으로 식각하여 실리콘 나노 와이어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1, 2 and 4, a method for fabricating silicon nanowires coated with metal particles according to the present invention includes the steps of: (b) selectively etching a portion of the silicon substrate to form silicon nanowires Step < / RTI >

상기 단계 (b)는 상기 단계 (a)에서 수득된 실리콘 기판을 식각 용액 내에 딥핑하는 공정, 즉 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다.The step (b) may be performed by dipping the silicon substrate obtained in the step (a) in an etching solution, i.e., by a wet etching process.

구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 서로 이격되어 형성된 제 1 금속 입자들이 실리콘 기판과 접촉하는 부분을 선택적으로 식각함으로써 실리콘 나노 와이어를 형성할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 4, the silicon nanowires can be formed by selectively etching portions of the first metal particles spaced apart from each other on the silicon substrate in contact with the silicon substrate.

상기 습식 식각 공정은, 예를 들어, 불산(HF), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수를 포함하는 식각 용액 내에, 상기 단계 (a)에서 수득된 실리콘 기판을 딥핑하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서, 상기 식각 용액 내에서, 상기 불산의 농도는 4 M 내지 5 M, 바람직하게는 4.6 M이고, 상기 과산화수소의 농도는 0.4 M 내지 0.5 M일 수 있다. The wet etch process may include dipping the silicon substrate obtained in step (a), for example, in an etching solution comprising hydrofluoric acid (HF), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and deionized water . In one embodiment of the present invention, in the etching solution, the concentration of hydrofluoric acid is 4 M to 5 M, preferably 4.6 M, and the concentration of hydrogen peroxide may be 0.4 M to 0.5 M.

상기 단계 (b)의 식각 공정에서, 불산, 과산화수소 및 탈이온수를 포함하는 식각 용액을 사용하는 경우, 하기의 반응식 1의 반응에 의해, 상기 실리콘 기판 중 제 1 금속 입자와 접촉하는 부분이 선택적으로 식각될 수 있다.When an etching solution containing hydrofluoric acid, hydrogen peroxide and deionized water is used in the etching process of the step (b), the portion of the silicon substrate which is in contact with the first metal particles is selectively Can be etched.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Si + 2H2O2 + 6HF → H2SiF6 + 4H2OSi + 2H 2 O 2 + 6HF? H 2 SiF 6 + 4H 2 O

상기 실리콘 기판의 식각 시에, 상기 제 1 금속 입자들은 식각 촉매로 작용할 수 있다. 이에 따라, 상기 실리콘 기판의 상기 제 1 금속 입자들과 접촉하는 부분에서의 식각률은, 상기 실리콘 기판의 상기 제 1 금속 입자들과 접촉하지 않는 부분에서의 식각률보다 높을 수 있다. 따라서, 상기 실리콘 기판의 상기 제 1 금속 입자들과 접촉하는 부분이 선택적으로 식각될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판의 선택적 식각에 의해, 실리콘 나노 와이어들이 형성될 수 있다. Upon etching the silicon substrate, the first metal particles may act as an etch catalyst. Accordingly, the etching rate at the portion of the silicon substrate that contacts the first metal particles may be higher than the etching rate at the portion of the silicon substrate that is not in contact with the first metal particles. Accordingly, the portion of the silicon substrate which contacts the first metal particles can be selectively etched. As shown in FIG. 4, by selective etching of the silicon substrate, silicon nanowires can be formed.

도 5에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 형성된 실리콘 나노 와이어들의 길이(h1), 두께(w1) 및 간격(d1)은 상기 습식 식각 공정의 조건들, 상기 제 1 금속 입자들의 형성 조건들 또는 이들의 조합을 제어함으로써 용이하게 조절될 수 있다. 5, the length h1, the thickness w1 and the interval d1 of the silicon nanowires formed on the silicon substrate satisfy the conditions of the wet etching process, the forming conditions of the first metal particles, Can be easily adjusted by controlling the combination thereof.

예를 들면, 상기 식각 공정의 시간, 상기 식각 용액의 농도 또는 이들의 조합을 조절하여, 상기 실리콘 나노 와이어들의 길이(h1)가 조절될 수 있다. For example, the length h1 of the silicon nanowires can be adjusted by adjusting the time of the etching process, the concentration of the etching solution, or a combination thereof.

다른 예를 들면, 상기 실리콘 기판 상에 제 1 금속 입자를 형성할 때에, 제 1 금속 입자를 포함하는 용액의 제 1 금속 입자의 농도를 조절하여 상기 제 1 금속 입자들의 간격이 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 실리콘 나노 와이어들 간의 간격(d1)이 조절될 수 있다. As another example, when forming the first metal particles on the silicon substrate, the interval of the first metal particles can be adjusted by adjusting the concentration of the first metal particles in the solution containing the first metal particles. Accordingly, the distance d1 between the silicon nanowires can be adjusted.

또 다른 예를 들면, 상기 실리콘 기판 상에 제 1 금속 입자를 형성할 때에, 제 1 금속 입자를 포함하는 용액의 제 1 금속 입자의 크기를 조절하여, 상기 실리콘 나노 와이어들의 두께(w1)가 조절될 수 있다. As another example, when the first metal particles are formed on the silicon substrate, the first metal particles of the solution containing the first metal particles may be adjusted in size to adjust the thickness w1 of the silicon nanowires .

본 발명의 일 구체예에서, 상기 제 1 금속 입자들의 크기는 10 nm 내지 500 nm일 수 있고, 상기 실리콘 나노 와이어들의 길이(h1)는 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있으며, 상기 실리콘 나노 와이어들의 두께(w1)는 10 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 50 nm일 수 있고, 상기 실리콘 나노 와이어들 간의 간격(d1)은 10 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 30 nm일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the size of the first metal particles may be between 10 nm and 500 nm, and the length h1 of the silicon nanowires may be between 5 and 50, preferably between 10 and 20, And the thickness w1 of the silicon nanowires may be 10 nm to 500 nm, preferably 20 nm to 50 nm, and the distance d1 between the silicon nanowires may be 10 nm to 100 nm, May be between 20 nm and 30 nm.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법은, (c) 상기 제 1 금속 입자들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a method of manufacturing a silicon nanowire with metal particles coated thereon according to the present invention may include (c) removing the first metal particles.

상기 단계 (c)는 습식 공정에 의해 수행될 수 있다. 단계 (b)에서 수득된 실리콘 기판 상에, 바람직하게는 단계 (b)에서 수득된 실리콘 기판 상에 잔존하는 제 1 금속 입자들에 질산 용액, KI/I2 혼합 용액, 왕수, 용융황(molten sulfur) 또는 이들의 조합을 제공함으로써, 잔존하는 제 1 금속 입자들을 실리콘 기판으로부터 제거할 수 있다. The step (c) may be carried out by a wet process. The first metal particles remaining on the silicon substrate obtained in step (b), preferably a nitric acid solution, a KI / I 2 mixed solution, a royal water, molten sulfur, sulfur, or combinations thereof, the remaining first metal particles can be removed from the silicon substrate.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법은, (d) 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격된 제 2 금속 입자들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a method for fabricating a metal-coated silicon nanowire according to the present invention includes the steps of (d) forming second metal particles spaced apart from each other on a surface of the silicon nanowire, .

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 제 2 금속 입자들이 형성될 수 있다. 상기 제 2 금속 입자들은 실리콘 나노 와이어 표면 상에서 서로 이격되어 있으며, 상기 제 2 금속 입자들은 전기 전도도가 우수한 금속이거나, 바람직하게는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 철(Fe), 납(Pb), 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, second metal particles may be formed on the surface of the silicon nanowire. The second metal particles are spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire. The second metal particles may be a metal having excellent electrical conductivity or preferably copper (Cu), aluminum (Al), zinc (Zn) ), Lead (Pb), silver (Ag), gold (Au), and combinations thereof.

상기 단계 (d)에서, 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격된 제 2 금속 입자들을 형성하는 것은, 스핀 코팅, 딥 코팅, 무전해증착, 물리적 증착, 화학적 증착, 열 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링, 드롭 코팅, 스프레이 에어로졸 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있으나, 바람직하게는 제 2 금속 입자들을 포함하는 용액을 이용한 드롭 코팅, 스프레이 에어로졸 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다.In the step (d), the formation of the second metal particles spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire can be performed by any one of spin coating, dip coating, electroless deposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, thermal vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, Coating, spray aerosol or a combination thereof, but may preferably be performed by a drop coating using a solution comprising the second metal particles, a spray aerosol or a combination thereof.

상기 단계 (d)에서, 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격된 제 2 금속 입자들을 형성한 후, 열처리할 수 있다. 상기 단계 (d)의 열처리는 200℃ 내지 500℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 열처리를 수행함으로써, 제 2 금속 입자가 실리콘 나노 와이어의 표면에 부착될 수 있다.In the step (d), the second metal particles spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire may be formed and then heat-treated. The heat treatment in the step (d) may be performed within a temperature range of 200 ° C to 500 ° C. By performing the heat treatment within the temperature range, the second metal particles can be attached to the surface of the silicon nanowires.

상기 단계 (d)에서, 실리콘 나노 와이어 표면 전체를 제 2 금속 입자들로 코팅하는 것이 아니라, 실리콘 나노 와이어 표면 상에 형성된 제 2 금속 입자들 상호 간에 소정의 간격을 가지도록 제어함으로써, 표면에 상기 제 2 금속 입자가 형성된 실리콘 나노 와이어를 리튬 2차전지의 음극 활물질로 사용 시, 리튬 이온의 이동을 용이하게 하여, 고속 충/방전을 효율적으로 수행할 수 있다. In the step (d), the entire surface of the silicon nanowire is not coated with the second metal particles, but the second metal particles formed on the surface of the silicon nanowire are controlled to have a predetermined gap therebetween, When the silicon nanowire having the second metal particles formed thereon is used as the negative electrode active material of the lithium secondary battery, the movement of lithium ions is facilitated and high-speed charge / discharge can be efficiently performed.

도 2의 d)에 도시된 바와 같이, 실리콘 나노 와이어 표면 상에 형성된 제 2 금속 입자들의 간격은 상기 제 2 금속 입자들의 형성 조건들을 제어함으로써 용이하게 조절될 수 있다. As shown in Fig. 2d), the spacing of the second metal particles formed on the surface of the silicon nanowire can be easily adjusted by controlling the formation conditions of the second metal particles.

예를 들면, 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 제 2 금속 입자를 형성할 때에, 제 2 금속 입자를 포함하는 용액의 제 2 금속 입자의 농도를 조절하여 상기 제 2 금속 입자들의 간격이 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 소정의 간격으로 이격된 제 2 금속 입자들이 형성될 수 있다. For example, when forming the second metal particles on the surface of the silicon nanowire, the interval of the second metal particles can be adjusted by adjusting the concentration of the second metal particles in the solution containing the second metal particles . Accordingly, second metal particles spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire may be formed.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 제 2 금속 입자들의 크기는 10 nm 내지 500 nm일 수 있고, 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에서의 제 2 금속 입자들의 간격은 10 nm 내지 1 ㎛, 바람직하게는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다. 제 2 금속 입자들의 간격을 상기 범위로 제어함으로써, 본 발명에 따른 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 리튬 2차전지의 음극 활물질로 사용 시에 리튬 이온의 이동을 용이하게 하여, 고속 충/방전을 효율적으로 구현할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the size of the second metal particles may be between 10 nm and 500 nm, and the spacing of the second metal particles on the silicon nanowire surface may be between 10 nm and 1 μm, preferably 100 nm To 200 nm. By controlling the interval of the second metal particles within the above range, it is possible to facilitate the movement of lithium ions when using the silicon nanowires coated with the metal particles according to the present invention as the negative electrode active material of the lithium secondary battery, Can be efficiently implemented.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법은, (e) 표면 상에 상기 제 2 금속 입자가 형성된 실리콘 나노 와이어를 상기 실리콘 기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a method of manufacturing a silicon nanowire having metal particles coated thereon according to the present invention includes the steps of: (e) separating silicon nanowires having the second metal particles formed thereon from the silicon substrate .

상기 단계 (e)에서, 실리콘 나노 와이어를 분리하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 초음파 분쇄기(ultrasonicator) 등을 이용할 수 있으나, 바람직하게는 초음파 분쇄기를 이용하여 수행될 수 있다.
In the step (e), the method of separating the silicon nanowires is not particularly limited, and for example, an ultrasonicator or the like may be used, but the ultrasonic wave pulverizer may be preferably used.

본 발명은 또한, 실리콘 나노 와이어; 및 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격되어 형성된 금속 입자들을 포함하는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어에 관한 것이다.
The present invention also relates to a nanowire comprising: a silicon nanowire; And metal particles formed on the surface of the silicon nanowires spaced apart from each other.

상기 실리콘 나노 와이어는 당업계에서 공지된 통상의 실리콘 나노 와이어일 수 있으나, 바람직하게는 전술한 본 발명의 방법에 따라 제조된 실리콘 나노 와이어일 수 있다. 상기 실리콘 나노 와이어에 대해서는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법에서 전술한 바와 같다.The silicon nanowires may be conventional silicon nanowires known in the art, but may preferably be silicon nanowires manufactured according to the method of the present invention described above. The above-described silicon nanowires are as described above in the method for producing silicon nanowires coated with metal particles.

또한, 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격되어 형성된 금속 입자들은 전기 전도도가 우수한 금속이거나, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 철(Fe), 납(Pb), 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The metal particles separated from each other on the surface of the silicon nanowire may be a metal having excellent electrical conductivity or may be a metal such as copper (Cu), aluminum (Al), zinc (Zn), iron (Fe), lead (Pb) Ag), gold (Au), and combinations thereof.

상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 형성된 금속 입자들은 소정의 간격으로 이격되어 있으며, 바람직하게는 상기 금속 입자들의 간격은 10 nm 내지 1 ㎛, 바람직하게는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다. 상기 금속 입자들의 간격을 상기 범위로 제어함으로써, 본 발명에 따른 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 리튬 2차전지의 음극 활물질로 사용 시에 리튬 이온의 이동을 용이하게 하여, 고속 충/방전을 효율적으로 구현할 수 있다. The metal particles formed on the surface of the silicon nanowire are spaced apart at a predetermined interval, and preferably, the interval of the metal particles may be 10 nm to 1 탆, preferably 100 nm to 200 nm. By controlling the intervals of the metal particles to the above range, it is possible to facilitate the movement of lithium ions when using the silicon nanowires coated with the metal particles according to the present invention as the negative electrode active material of the lithium secondary battery, It can be implemented efficiently.

도 6은 본 발명에 따른, 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, (a)는 1,000x 확대 사진이고, (b)는 100,000 확대 사진이며, 도 7은 본 발명에 따른, 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 투과전자현미경(TEM) 사진이고, 도 8은 본 발명에 따른, 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 EDX 사진이다.6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a silicon nanowire coated with gold (Au) particles according to the present invention, wherein (a) is an enlarged view at 1,000x, (TEM) photograph of a silicon nanowire coated with gold (Au) particles according to the present invention, and FIG. 8 is an EDX photograph of a silicon nanowire coated with gold (Au) particles according to the present invention .

상기 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 나노 와이어의 표면 상에 소정의 간격으로 이격되어 있는 금속 입자, 예를 들면 금(Au) 입자가 형성되어 있음을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 6 to 8, it can be seen that metal particles, for example, gold (Au) particles are formed on the surface of the silicon nanowire at predetermined intervals.

전술한, 본 발명에 따른, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어 및 이의 제조 방법은, 실리콘 나노 구조체가 적용될 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 리튬 2차전지의 음극 활물질층의 제조에 적용될 수 있다. The silicon nanowires coated with metal particles and the method of manufacturing the same according to the present invention can be applied to various fields to which a silicon nanostructure can be applied. For example, in the manufacture of a negative active material layer of a lithium secondary battery Lt; / RTI >

본 발명은 또한, 본 발명에 따라 제조된, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 도전재 및 바인더와 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는, 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention also relates to a method for producing a silicon-based anode active material, comprising the step of mixing a silicon nanowire coated with metal particles with a conductive material and a binder to prepare a slurry, which is produced according to the present invention.

상기 도전재의 종류는 특별히 제한되지 않고, 당업계에서 일반적으로 통용되는 도전재를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 슈퍼 피 블랙(super-P black), 활성 탄소, 탄소나노튜브, 하드 카본(hard carbon), 소프트 카본(soft carbon), 그라파이트 또는 이들의 조합물을 사용할 수 있다. The conductive material is not particularly limited and may be any conductive material generally used in the art. For example, carbon black, Nanotubes, hard carbon, soft carbon, graphite, or a combination thereof.

상기 바인더의 종류도 특별히 제한되지 않고, 당업계에서 일반적으로 통용되는 바인더를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드 이미드(polyamide imide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC), 스티렌 부타디엔 고무(styrene butadiene rubber, SBR) 또는 이들의 조합물을 사용할 수 있다. The type of the binder is not particularly limited and the binder commonly used in the art can be used without limitation. Examples of the binder include polyimide, polyamide imide, polyamide, Polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyurethane, polyvinylidene fluoride (PVDF), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinylidene fluoride , Styrene butadiene rubber (SBR), or a combination thereof.

본 발명의 실리콘계 음극 활물질은, 본 발명에 따라 제조된, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 도전재 및 바인더와 혼합함으로써, 슬러리 형태로 제조될 수 있다.
The silicon-based anode active material of the present invention can be produced in the form of a slurry by mixing the silicon nanowires coated with the metal particles prepared according to the present invention with a conductive material and a binder.

본 발명은 또한, 본 발명에 따라 제조된, 실리콘계 음극 활물질을 금속 집전체 상에 코팅하여 음극 활물질층을 제조하는 단계를 포함하는, 리튬 2차전지의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention also relates to a process for producing a lithium secondary battery, comprising the step of coating a silicon negative electrode active material prepared according to the present invention onto a metal current collector to prepare a negative electrode active material layer.

도 9를 참조하여, 전술한 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어 및 이의 제조 방법이 적용된 리튬 2차전지 및 이의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
Referring to FIG. 9, the above-described silicon nanowires coated with metal particles, a lithium secondary battery to which the method is applied, and a method of manufacturing the same will be described in detail.

도 9를 참조하면, 서로 마주하는 음극(110)과 양극(140), 상기 음극(110)과 양극(140) 사이의 분리막(130), 및 상기 음극(110)과 양극(140)을 연결하는 전해질(160)을 포함하는, 본 발명에 따른 리튬 2차전지(100)가 제공된다. 9, a cathode 110 and an anode 140 facing each other, a separator 130 between the cathode 110 and the anode 140, and a separator 130 between the cathode 110 and the anode 140 There is provided a lithium secondary battery 100 according to the present invention, which includes an electrolyte 160.

상기 양극(140)은 양극 집전체(141); 및 상기 양극 집전체(141)와 상기 분리막(130) 사이의 양극 활물질층(150)을 포함할 수 있다. The anode 140 includes a cathode current collector 141; And a cathode active material layer 150 between the cathode current collector 141 and the separator 130.

상기 음극(110)은 음극 집전체(111); 및 상기 음극 집전체(111)와 상기 분리막(130) 사이의 음극 활물질층(120)을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질층(120)은 본 발명에 따른, 표면에 제 2 금속 입자(125)가 형성된 실리콘 나노 와이어들(123); 및 상기 실리콘 나노 와이어들(123) 사이에 채워진 도전재 및 바인더(126)를 포함할 수 있다. The cathode 110 includes an anode current collector 111; And a negative electrode active material layer 120 between the negative electrode collector 111 and the separator 130. The anode active material layer 120 includes silicon nanowires 123 having second metal particles 125 formed on the surface thereof according to the present invention. And a conductive material and a binder 126 filled between the silicon nanowires 123.

상기 양극 집전체(141), 음극 집전체(111), 분리막(130) 및 양극 활물질층(150)의 종류는 특별히 제한되지 않고, 당업계에서 일반적으로 통용되는 것들을 제한없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 도전재 및 바인더(126)의 종류는 전술한 바와 같다. The types of the cathode current collector 141, the anode current collector 111, the separator 130, and the cathode active material layer 150 are not particularly limited and those commonly used in the art can be used without limitation. The types of the conductive material and the binder 126 are as described above.

본 발명에 따른 리튬 2차전지의 제조 방법은, 본 발명에 따라 제조된, 실리콘계 음극 활물질을 음극 집전체(111) 상에 코팅하여 리튬 2차전지용 음극 활물질층(120)을 제조하는 단계를 포함하는 한, 그 밖의 공정 단계는 당업계에서 일반적으로 통용되는 제조 공정을 제한 없이 채용할 수 있다.
The method for manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention includes the step of coating a silicon based negative electrode active material prepared according to the present invention on an anode current collector 111 to manufacture a negative electrode active material layer 120 for a lithium secondary battery , Other process steps may be employed without limitation in the manufacturing processes generally used in the art.

[[ 실시예Example ]]

하기 실시예에서는 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의해 제한되지 않는다.
In the following Examples, the present invention will be described in more detail with reference to Examples according to the present invention and Comparative Examples not based on the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following Examples.

실시예Example 1 One

(1) 실리콘 기판의 세척(1) Cleaning of silicon substrate

실리콘 기판을 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합 용액(약 60 부피%의 황산 수용액 400㎖와 약 30부피%의 과산화수소 수용액 100㎖의 혼합 용액)에 90℃ 내지 100℃ 온도에서 약 30분 동안 담가둠으로써, 상기 실리콘 기판 상의 유기물 제거 및 친수성 표면을 형성하였다.
The silicon substrate was immersed in a mixed solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) (mixed solution of 400 ml of an aqueous sulfuric acid solution of about 60 vol% and 100 ml of an aqueous hydrogen peroxide solution of about 30 vol% Lt; 0 > C for about 30 minutes to remove organic matter on the silicon substrate and to form a hydrophilic surface.

(2) 실리콘 기판 상의 제 1 금속 입자 형성 및 열처리(2) First metal particle formation and heat treatment on a silicon substrate

상기 세척된 실리콘 기판 위에 은(Ag) 입자를 포함하는 용액(49 중량%의 은 이온 함유 용액)을 1/100로 희석시켜, 드롭 코팅 방법으로 은 입자를 코팅하였다. 그 후, 표면에 은 입자가 형성된 실리콘 기판을 200℃ 내지 500℃의 온도에서 열처리하였다.
A solution containing silver (Ag) particles (49 wt% silver ion-containing solution) was diluted to 1/100 on the cleaned silicon substrate and coated with silver particles by a drop coating method. Thereafter, the silicon substrate having the silver particles formed on its surface was heat-treated at a temperature of 200 ° C to 500 ° C.

(3) 실리콘 기판의 선택적 식각을 통한 실리콘 나노 와이어 형성(3) Silicon nanowire formation through selective etching of silicon substrate

상기 열처리된 실리콘 기판을 불산, 과산화수소 및 탈이온수를 함유한 식각 용액(4.6M의 불산 및 0.5M의 과산화수소 함유 용액)에 담그어, 습식 식각 공정을 수행하였다. 상기 습식 식각 공정은 약 1 시간 동안 실온에서 수행되었다.
The heat-treated silicon substrate was immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, hydrogen peroxide and deionized water (a solution containing 4.6 M of hydrofluoric acid and 0.5M of hydrogen peroxide) to perform a wet etching process. The wet etching process was performed at room temperature for about 1 hour.

(4) 실리콘 기판으로부터 제 1 금속 입자의 제거(4) Removal of first metal particles from the silicon substrate

상기 습식 식각 공정 후, 표면에 실리콘 나노 와이어가 형성된 실리콘 기판을 질산 용액에 담그어, 실리콘 기판 상에 잔존하는 은 입자를 제거하였다.
After the wet etching process, the silicon substrate on which the silicon nanowires were formed was immersed in a nitric acid solution to remove silver particles remaining on the silicon substrate.

(5) 실리콘 나노 와이어 표면 상에 제 2 금속 입자의 형성(5) Formation of second metal particles on the surface of silicon nanowires

상기 은 입자의 제거 공정 후, 실리콘 기판 상에 금(Au) 입자를 포함하는 용액(49중량%의 금 이온 함유 용액)을 1/100로 희석시켜, 드롭 코팅 방법으로 금 입자를 코팅하였다. 그 후, 표면에 금 입자가 형성된 실리콘 나노 와이어의 실리콘 기판을 300℃의 온도에서 열처리하였다.
After the removal of the silver particles, a solution containing gold (Au) particles (a solution containing 49% by weight of gold ions) was diluted to 1/100 on the silicon substrate and coated with gold particles by a drop coating method. Thereafter, the silicon substrate of the silicon nanowire having gold particles formed on its surface was heat-treated at a temperature of 300 캜.

(6) 실리콘 기판으로부터 표면에 제 2 금속 입자가 형성된 실리콘 나노 와이어의 분리(6) Separation of silicon nanowires having second metal particles formed on their surfaces from a silicon substrate

금 입자가 표면에 형성된 실리콘 나노 와이어의 실리콘 기판을 초음파 분쇄기에 넣고, 초음파 분쇄기를 작동시켜, 실리콘 기판으로부터 금 입자가 표면에 형성된 실리콘 나노 와이어를 분리시켰다.
A silicon substrate of silicon nanowires having gold particles formed on the surface thereof was placed in an ultrasonic mill and an ultrasonic mill was operated to separate the silicon nanowires formed on the surface of the gold particles from the silicon substrate.

상기 방법으로 제조된, 표면에 금 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 표면 형상을 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM) 및 에너지 디스퍼시브 x-레이 스펙트로스코피(EDX)를 이용하여 확인하였다. 도 6은 실시예 1에 따라 제조된, 금 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 주사현미경 사진이고, 도 7은 실시예 1에 따라 제조된, 금 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 투과전자현미경 사진이며, 도 8은 실시예 1에 따라 제조된, 금 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어의 EDX 사진이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 전술한 제조 방법에 의해, 소정의 두께 및 간격을 갖는 실리콘 나노 와이어들이 형성되었고, 상기 실리콘 나노 와이어의 표면에 금 입자가 소정의 간격으로 이격되어 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
The surface morphology of the silicon nanowires coated with gold particles on the surface was confirmed by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) Respectively. FIG. 6 is a scanning electron micrograph of the gold nanoparticle-coated silicon nanowire fabricated according to Example 1, and FIG. 7 is a transmission electron micrograph of the gold nanoparticle-coated silicon nanowire fabricated according to Example 1 , And FIG. 8 is an EDX photograph of the gold nanoparticle-coated silicon nanowire fabricated according to Example 1. 6 to 8, silicon nanowires having a predetermined thickness and spacing are formed by the above-described manufacturing method, and gold particles are formed on the surfaces of the silicon nanowires at predetermined intervals Can be confirmed.

실시예Example 2 2

상기 실시예 1에서 제조된, 표면에 금 입자가 형성된 실리콘 나노 와이어 20 중량%를 도전재 70 중량% 및 바인더 10 중량%와 혼합하여 슬러리 형태의 실리콘계 음극 활물질을 제조하였다. 이 때 적절한 점도를 갖는 슬러리를 제조하기 위해, 용매로서 순수한 물을 상기 실리콘 나노 와이어, 도전재 및 바인더의 총 중량의 절반 수준으로 첨가하여 5,000 rpm에서 30 분간 고속으로 교반하여 슬러리 형태의 실리콘계 음극 활물질을 제조하였다. 상기 도전재로는 슈퍼 피(Super-P)를 사용하였고, 상기 바인더로는 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)를 사용하였다.
20 wt% of silicon nanowires having gold particles formed on the surface thereof, prepared in Example 1, were mixed with 70 wt% of a conductive material and 10 wt% of a binder to prepare a silicon-based negative active material in the form of a slurry. To prepare a slurry having an appropriate viscosity at this time, pure water as a solvent was added at a half of the total weight of the silicon nanowire, the conductive material and the binder, and the mixture was stirred at 5,000 rpm for 30 minutes at high speed to obtain a slurry- . Super-P was used as the conductive material, and carboxymethyl cellulose (CMC) was used as the binder.

실시예Example 3 3

상기 실시예 2에서 제조된 실리콘계 음극 활물질을 음극 집전체(구리 박막) 상에 닥터 블레이드 방법을 이용하여 40㎛의 두께로 도포하여 음극을 제조하였다. 상기 제조된 음극을 압연한 후에 진공오븐에서 12 시간 건조한 후, 건조된 음극, 폴리프로필렌 분리막, 리튬금속 상대전극을 적층하며, 이어서 EC:DMC(1:1)에 LiPF6가 용해된 용액(1 M의 LiPF6 용액)을 전해질로서 주입한 후, 코인셀 형태로 리튬 2차전지를 제조하였다.
The silicon anode active material prepared in Example 2 was coated on a negative electrode current collector (copper thin film) to a thickness of 40 탆 by a doctor blade method to prepare a negative electrode. The prepared negative electrode was rolled, and then dried in a vacuum oven for 12 hours. Thereafter, a dried negative electrode, a polypropylene separator, and a lithium metal counter electrode were laminated. Subsequently, a solution 1 (1: 1) in which LiPF 6 was dissolved in EC: DMC M LiPF 6 solution) was injected as an electrolyte to prepare a lithium secondary battery in the form of a coin cell.

비교예Comparative Example 1 One

상기 실시예 1의 단계 (5)를 생략한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 제 2 금속 입자가 코팅되지 않은 실리콘 나노 와이어를 제조하였다.
Silicon nanowires without the second metal particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that step (5) of Example 1 was omitted.

비교예Comparative Example 2 2

비교예 1에 따른, 제 2 금속 입자가 코팅되지 않은 실리콘 나노 와이어를 사용한 점을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 실리콘계 음극 활물질을 제조하였다.
A silicon-based negative active material was prepared in the same manner as in Example 2, except that the silicon nanowire in which the second metal particles were not coated, according to Comparative Example 1 was used.

비교예Comparative Example 3 3

비교예 2에 따른 실리콘계 음극 활물질을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 리튬 2차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 3, except that the silicone-based negative active material of Comparative Example 2 was used.

시험예Test Example 1 One

상기 실시예 3과 비교예 3에서 제조된 리튬 2차전지를 이용하여 30 사이클 동안, 충방전 실험을 행하여 용량 변화를 측정하였다. 상기 충방전 조건은 음극 활물질 1 g당 100 mA의 전류로 Li 전극에 대하여 0 V에 도달할 때까지 정전류로 충전하고 1V로 도달할 때까지 정전류로 방전하였다. Charge-discharge experiments were carried out for 30 cycles using the lithium secondary batteries prepared in Example 3 and Comparative Example 3 to measure the capacity change. The charge and discharge conditions were such that a constant current was applied to the Li electrode at a current of 100 mA per 1 g of the negative electrode active material until the voltage reached 0 V, and the battery was discharged at a constant current until it reached 1 V.

도 10은 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지(비교예 3) 및 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지(실시예 3)에 대하여, 0.5C의 방전 전류에서 측정한 배터리 사이클(cycle) 및 용량(capacity)을 나타내는 그래프이다.Fig. 10 is a graph showing the results of a comparison between a lithium secondary battery (Comparative Example 3) using a silicon nanowire as a negative electrode active material and a lithium secondary battery (Example 3) using a silicon nanowire coated with gold (Au) C " and " capacity " measured at the discharging current of " C ".

첨부된 도 10으로부터, 실시예 3의 리튬 2차전지가 비교예 3의 리튬 2차전지의 사이클 수명에 비해 개선되었음을 알 수 있다.
10, it can be seen that the lithium secondary battery of Example 3 is improved in comparison with the cycle life of the lithium secondary battery of Comparative Example 3. [

시험예Test Example 2 2

상기 실시예 3과 비교예 3에서 제조된 리튬 2차전지를 이용하여 25 사이클 동안, 충방전 실험을 행하여 용량 변화를 측정하였다. 상기 충방전 조건은 0.5C 레이트(rate)로 0 V에 도달할 때까지 정전류로 충전하고 1V로 도달할 때까지 정전류로 방전하였다. Charge-discharge experiments were carried out for 25 cycles using the lithium secondary batteries prepared in Example 3 and Comparative Example 3 to measure the capacity change. The charge and discharge conditions were charged with a constant current until the voltage reached 0 V at a rate of 0.5 C and discharged at a constant current until the voltage reached 1 V. [

도 11은 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지(비교예 3) 및 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지(실시예 3)에 대하여, 각각 0.2C, 0.5C, 1C 및 2C의 방전 전류에서 측정한 배터리 사이클 및 용량을 나타내는 그래프이다.Fig. 11 is a graph showing the results of a comparison between a lithium secondary battery using a silicon nanowire as a negative electrode active material (Comparative Example 3) and a lithium secondary battery using a silicon nanowire coated with gold (Au) particles as a negative electrode active material (Example 3) 0.2 C, 0.5 C, 1 C, and 2 C, respectively.

첨부된 도 11로부터, 방전 전류량(또는 방전 전류 속도)이 높은 경우 및 낮은 경우 모두에서, 실시예 3의 리튬 2차전지가 비교예 3의 리튬 2차전지의 사이클 수명에 비해 개선되었음을 알 수 있다.
It can be seen from Fig. 11 that the lithium secondary battery of Example 3 is improved in comparison with the cycle life of the lithium secondary battery of Comparative Example 3 in both cases where the discharge current amount (or discharge current rate) is high and low.

시험예Test Example 3 3

상기 실시예 3과 비교예 3에서 제조된 리튬 2차전지에 있어서, 음극의 내부 임피던스를 측정하였다. In the lithium secondary battery manufactured in Example 3 and Comparative Example 3, the internal impedance of the negative electrode was measured.

도 12는 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지(비교예 3) 및 금(Au) 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 사용한 리튬 2차전지(실시예 3)에 대하여, 음극의 내부 임피던스를 측정한 결과를 나이퀴스트 플롯으로 표시한 그래프로서, x축(Z’)은 임피던스의 실수 부분을 나타내고, y축(Z”)은 임피던스의 허수 부분을 나타낸다. 12 is a graph showing a relationship between a voltage applied to a lithium secondary battery (Example 3) in which a lithium secondary battery (Comparative Example 3) using silicon nanowires as a negative electrode active material and a silicon nanowire coated with gold (Au) particles as a negative electrode active material (Z ') represents the real part of the impedance, and the y-axis (Z ") represents the imaginary part of the impedance.

첨부된 도 12에서, 임피던스의 실수 부분의 크기는 실시예 3의 리튬 2차전지가 비교예 3의 리튬 2차전지보다 작게 나타나므로, 실시예 3의 리튬 2차전지가 비교예 3의 리튬 2차전지보다 저항이 작다는 것을 확인할 수 있다. 이는, 금 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 포함하는 경우는, 아무런 금속 입자가 코팅되지 않은 실리콘 나노 와이어를 음극 활물질로 포함하는 경우에 비해, 실리콘 나노 와이어 표면 상에 고체 전해질 계면이 형성되는 것을 더욱 잘 억제할 수 있다는 것을 의미한다. 12, the size of the real part of the impedance is smaller than that of the lithium secondary battery of the comparative example 3, so that the lithium secondary battery of the example 3 is smaller than that of the lithium secondary battery of the comparative example 3 It can be confirmed that the resistance is smaller. This is because when a silicon nanowire coated with gold particles is used as a negative electrode active material, a solid electrolyte interface is formed on the surface of the silicon nanowire, compared with a case where silicon nanowires not coated with any metal particles are included as an anode active material Which can be suppressed more effectively.

이와 같이, 본 발명에 따라 제조된, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 리튬 2차전지의 음극 활물질로 사용할 경우(실시예 3), 금속 입자가 코팅되지 않은 실리콘 나노 와이어를 리튬 2차전지의 음극 활물질로 사용한 경우(비교예 3)보다, 배터리의 고용량 유지가 가능할 뿐만 아니라, 사이클 수명이 개선되었음을 확인할 수 있다. As described above, in the case where the metal nanopowder coated with metal particles was used as the negative electrode active material of the lithium secondary battery (Example 3), the silicon nanowires without the metal particles were applied to the lithium secondary battery It can be confirmed that not only the high capacity of the battery can be maintained but also the cycle life is improved as compared with the case of using as the negative electrode active material (Comparative Example 3).

100: 리튬 2차전지 110: 음극
111: 음극 집전체 120: 음극 활물질층
121: 실리콘 기판 123: 실리콘 나노 와이어
124: 제 1 금속 입자 125: 제 2 금속 입자
126: 도전재 및 바인더 130: 분리막
140: 양극 141: 양극 집전체
150: 양극 활물질층 160: 전해질
h1: 실리콘 나노 와이어의 길이
w1: 실리콘 나노 와이어의 두께
d1: 실리콘 나노 와이어 간의 간격
100: lithium secondary battery 110: cathode
111: negative electrode collector 120: negative electrode active material layer
121: Silicon substrate 123: Silicon nanowire
124: first metal particle 125: second metal particle
126: conductive material and binder 130: separator
140: positive electrode 141: positive electrode collector
150: positive electrode active material layer 160: electrolyte
h1: length of silicon nanowire
w1: thickness of silicon nanowire
d1: spacing between silicon nanowires

Claims (13)

(a) 실리콘 기판 상에 서로 이격된 제 1 금속 입자들을 형성하는 단계;
(b) 상기 실리콘 기판을 선택적으로 식각하여 실리콘 나노 와이어를 형성하는 단계;
(c) 상기 제 1 금속 입자들을 제거하는 단계;
(d) 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격된 제 2 금속 입자들을 형성하는 단계; 및
(e) 표면 상에 상기 제 2 금속 입자들이 형성된 실리콘 나노 와이어를 상기 실리콘 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
(a) forming first metal particles spaced apart from each other on a silicon substrate;
(b) selectively etching the silicon substrate to form silicon nanowires;
(c) removing the first metal particles;
(d) forming second metal particles spaced apart from each other on the surface of the silicon nanowire; And
(e) separating the silicon nanowires having the second metal particles formed thereon from the silicon substrate.
제 1 항에 있어서,
단계 (a)의 제 1 금속 입자들은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first metal particles of step (a) are selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
단계 (a)의 제 1 금속 입자들의 형성은 제 1 금속 입자들을 포함하는 용액을 이용한 드롭 코팅(drop-coating), 스프레이 에어로졸(spray aerosol) 또는 이들의 조합에 의해 수행되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
The formation of the first metal particles of step (a) is carried out by drop-coating, spray aerosol or a combination thereof using a solution comprising the first metal particles, Method for manufacturing silicon nanowires.
제 1 항에 있어서,
단계 (a)의 열처리는 200℃ 내지 500℃의 온도 범위 내에서 수행되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment of step (a) is carried out within a temperature range of 200 ° C to 500 ° C.
제 1 항에 있어서,
단계 (b)의 식각은 습식 식각 공정을 통해 수행되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the etching of step (b) is performed through a wet etching process.
제 5 항에 있어서,
습식 식각 공정은 불산(HF), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수를 포함하는 식각 용액을 사용하여 수행되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
6. The method of claim 5,
A wet etching process is performed using an etching solution comprising hydrofluoric acid (HF), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and deionized water.
제 1 항에 있어서,
단계 (d)의 제 2 금속 입자들은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 철(Fe), 납(Pb), 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
The second metal particles of step (d) may be made of copper (Cu), aluminum (Al), zinc (Zn), iron (Fe), lead (Pb), silver (Ag) ≪ / RTI > wherein the metal nanoparticles are coated with metal particles.
제 1 항에 있어서,
단계 (d)의 제 2 금속 입자들의 형성은 제 2 금속 입자들을 포함하는 용액을 이용한 드롭 코팅(drop-coating), 스프레이 에어로졸(spray aerosol) 또는 이들의 조합에 의해 수행되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
The formation of the second metal particles of step (d) may be carried out by drop-coating, spray aerosol or a combination thereof using a solution comprising the second metal particles, Method for manufacturing silicon nanowires.
제 1 항에 있어서,
단계 (e)에서의 실리콘 나노 와이어의 분리는 초음파 분쇄기(ultrasonicator)를 이용하여 수행되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the separation of the silicon nanowires in step (e) is performed using an ultrasonicator.
실리콘 나노 와이어; 및 상기 실리콘 나노 와이어 표면 상에 서로 이격되어 형성된 금속 입자들을 포함하며, 상기 금속 입자들이 10 nm 내지 1㎛의 간격으로 형성되고, 상기 금속 입자들이 알루미늄(Al), 아연(Zn), 철(Fe), 납(Pb), 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어.Silicon nanowires; And metal particles formed on the surface of the silicon nanowire, wherein the metal particles are formed at an interval of 10 nm to 1 탆, and the metal particles are aluminum (Al), zinc (Zn), iron (Fe ), Lead (Pb), silver (Ag), gold (Au), and combinations thereof. 삭제delete 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따라 제조된, 금속 입자가 코팅된 실리콘 나노 와이어를 도전재 및 바인더와 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는, 실리콘계 음극 활물질의 제조 방법.9. A method for producing a silicon-based anode active material, comprising the steps of: mixing a silicon nanowire coated with metal particles with a conductive material and a binder to prepare a slurry according to any one of claims 1 to 9. 제 12 항에 따라 제조된, 실리콘계 음극 활물질을 금속 집전체 상에 코팅하여 음극 활물질층을 제조하는 단계를 포함하는, 리튬 2차 전지의 제조 방법.A method for manufacturing a lithium secondary battery, comprising the step of coating a silicon negative electrode active material prepared according to claim 12 onto a metal current collector to produce a negative electrode active material layer.
KR1020130120240A 2013-10-10 2013-10-10 A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same KR101589458B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130120240A KR101589458B1 (en) 2013-10-10 2013-10-10 A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130120240A KR101589458B1 (en) 2013-10-10 2013-10-10 A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150041818A KR20150041818A (en) 2015-04-20
KR101589458B1 true KR101589458B1 (en) 2016-02-02

Family

ID=53035114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130120240A KR101589458B1 (en) 2013-10-10 2013-10-10 A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101589458B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101856035A (en) 2010-05-28 2010-10-13 中国科学院上海应用物理研究所 Method for preparing nano silicon wire/ nano silver composite material

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101856035A (en) 2010-05-28 2010-10-13 中国科学院上海应用物理研究所 Method for preparing nano silicon wire/ nano silver composite material

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chem. Comm. 2011, 47, pp367-369 (2010.09.10. 게재)*
Journal of Power Sources 196 (2011) 6657-6662*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150041818A (en) 2015-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101103841B1 (en) Metal ions-assisted electroless etching method for the bundle type silicon nano-rod composite and its application as anode materials for lithium secondary batteries
TWI521773B (en) Porous silicon-based anode active material, method of preparing the same, and lithium secondary battery including the anode active material
EP2903062B1 (en) Porous silicon-based anode active material and method for preparing same, and lithium secondary battery including same
JP5484254B2 (en) Method for producing structured particles composed of silicon or silicon-based materials and their use in lithium batteries
KR101908524B1 (en) Silicon type active material for lithium secondary battery and manufacturing method therof
US20160344020A1 (en) Composite electrode material and method for manufacturing the same
US9548493B2 (en) Porous composite and manufacturing method thereof
EP3203550B1 (en) Negative electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing same, and lithium secondary battery comprising same
KR20140113929A (en) Etched Silicon Structures, Method of Forming Etched Silicon Structures and Uses Thereof
KR20150027042A (en) Nanoporous silicon and lithium ion battery anodes formed therefrom
JP6288257B2 (en) Nanosilicon material, method for producing the same, and negative electrode of secondary battery
JP5211698B2 (en) Semiconductor-covered positive electrode active material and lithium secondary battery using the same
JP2021529414A (en) Rechargeable lithium-ion battery with anode structure including porous region
JP2015082374A (en) Method for manufacturing electrode, electrode of secondary battery, and secondary battery using the same
KR20180072112A (en) Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
JP6176510B2 (en) Silicon material and negative electrode of secondary battery
KR101747861B1 (en) Anode comprising metal nanotube, lithium battery comprising anode, and preparation method thereof
KR101589458B1 (en) A method for manufacturing silicon nanowire and a method for manufacturing silicon anode material and lithium secondary battery using the same
KR101654281B1 (en) A method of preparing silicon based anode active materials and lithium secondary battery using the same
KR101650156B1 (en) Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR101475757B1 (en) A method for preparing silicone anode, silicone anode prepared therefrom and a lithium secondary battery comprising the same
JP6176511B2 (en) Silicon material and negative electrode of secondary battery
KR20140136321A (en) Manufacturing method for producing Si-C nanocomposite anode material for lithium secondary battery
Yun et al. Performance improvement of liquid phase plasma processed carbon blacks electrode in lithium ion battery applications
KR20160126572A (en) Method for manufacturing current collector and electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181212

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191203

Year of fee payment: 5