KR101619629B1 - 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치 - Google Patents

코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 나노 입자를 저장하는 캐니스터; 상기 캐니스터로부터 실리콘 나노 입자를 공급받아 정량으로 공급하는 정량공급기; 쉘을 구성하는 블록 공중합체 고분자와 분산 용매 그리고 상기 정량공급기를 통해 공급되는 실리콘 나노 입자를 혼합하여 코어 쉘 구조의 나노실리콘 입자를 형성하는 믹싱 탱크; 상기 믹싱 탱크에서 배출되는 코어 쉘 구조 나노실리콘 입자와 분산 용매를 공급받아 초음파를 이용하여 입자를 분산시키는 초음파 분산기; 및 상기 믹싱 탱크와 상기 초음파 분산기로 분산 용매를 공급하는 분산 용매 탱크;를 포함하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.를 제공한다.

Description

코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치{FABRICATION DECIVE OF SILICON-BLOCK COPOLYMER CORE-SHELL NANOPARTICLE}
본 발명은 부피 변화를 완화할 수 있는 코어 쉘 구조를 가지는 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 리튬 이차 전지가 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로서 상용화 단계에 있다.
종래 음극 활물질로는 리튬 금속을 사용하였으나, 리튬 금속을 사용할 경우 덴드라이트(dendrite) 형성으로 인한 전지 단락이 발생하여 폭발의 위험성이 있으므로 상기 리튬 금속 대신 탄소계 물질이 음극 활물질로서 많이 사용되고 있다.
리튬 이차전지의 음극활물질로 사용되는 상기 탄소계 활물질로서는, 천연 흑연 및 인조 흑연과 같은 결정질계 탄소와 소프트 카본(soft carbon) 및 하드 카본(hard carbon)과 같은 비정질계 탄소가 있다. 그러나 상기 비정질계 탄소는 용량이 크지만, 충방전 과정에서 비가역성이 크다는 문제점이 있다. 결정질계 탄소로는 그래파이트가 대표적으로 사용되며, 이론 한계 용량이 372 ㎃h/g으로서 용량이 높아 음극 활물질로 이용되고 있으나, 수명 열화가 심하다는 문제점이 있다.
또한 이러한 그래파이트(graphite)나 카본계 활물질은 이론 용량이 다소 높다고 하여도 372mAh/g 정도 밖에 되지 않아, 향후 고용량 리튬 이차전지의 개발시 상술한 음극을 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 현재 활발히 연구되고 있는 물질이 금속계 또는 금속간 화합물(intermetallic compounds)계의 음극활물질이다. 예를 들어 알루미늄, 게르마늄, 실리콘, 주석, 아연, 납 등의 금속 또는 반금속을 음극활물질로서 활용한 리튬 이차전지가 연구되고 있다. 이러한 재료는 고용량이면서 고에너지 밀도를 가지며, 탄소계 재료를 이용한 음극활물질보다 많은 리튬이온을 흡장, 방출할 수 있어 고용량 및 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지를 제조할 수 있다고 여겨지고 있다. 예를 들어 순수한 실리콘은 4017mAh/g의 높은 이론 용량을 갖는 것으로 알려져 있다.
그러나 탄소계 재료와 비교하여 사이클 특성이 저하되므로 아직 실용화에 걸림돌이 되고 있으며, 그 이유는 음극 활물질로서 상기 실리콘이나 주석과 같은 무기질 입자를 그대로 리튬 흡장 및 방출 물질로서 사용한 경우에 충방전 과정에서 부피 변화로 인해 활물질 사이의 도전성이 저하되거나, 음극 집전체로부터 음극 활물질이 박리되기 때문이다. 즉 음극 활물질에 포함된 상술한 실리콘이나 주석과 같은 무기질 입자는 충전에 의하여 리튬을 흡장하여 그 부피가 약 300 내지 400%에 이를 정도로 팽창한다. 그리고 방전에 의하여 리튬이 방출되면 상기 무기질 입자는 수축하게 되며, 이와 같은 충방전 사이클을 반복하게 되면 무기질 입자와 음극 활물질 사이에 발생하는 빈 공간으로 인해 전기적 절연이 발생할 수 있어 수명이 급격히 저하되는 특성을 갖게 되므로, 리튬 이차전지에 사용하기에 심각한 문제점을 가지고 있다.
관련선행기술로는 대한민국 공개특허 10-2014-0096581호 (공개일자 2014년 8월 6일) '코어쉴 구조의 나노 실리콘과 그래핀이 결합된 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 활물질로 포함하는 전기화학소자'가 있다.
본 발명의 목적은 코어 쉘 구조를 가지는 나노실리콘이 분산된 용액을 연속적으로 제조할 수 있는 제조장치를 제공함에 있다.
본 발명은 실리콘 나노 입자를 저장하는 캐니스터; 상기 캐니스터로부터 실리콘 나노 입자를 공급받아 정량으로 공급하는 정량공급기; 쉘을 구성하는 블록 공중합체 고분자와 분산 용매 그리고 상기 정량공급기를 통해 공급되는 실리콘 나노 입자를 혼합하여 코어 쉘 구조의 나노실리콘 입자를 형성하는 믹싱 탱크; 상기 믹싱 탱크에서 배출되는 코어 쉘 구조 나노실리콘 입자와 분산 용매를 공급받아 초음파를 이용하여 입자를 분산시키는 초음파 분산기; 및 상기 믹싱 탱크와 상기 초음파 분산기로 분산 용매를 공급하는 분산 용매 탱크;를 포함하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치를 제공한다.
상기 캐니스터로 실리콘 나노 입자를 합성하여 공급하는 플라즈마 반응기를 더 포함할 수 있다.
상기 믹싱 탱크의 내부 압력은 상기 정량 공급기의 내부 압력보다 상대적으로 낮은 압력을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 정량 공급기와 상기 믹싱 탱크 사이에 상기 믹싱 탱크 내부의 증기가 상기 정량 공급기로 유입되는 것을 방지하는 쿠션 호퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 믹싱 탱크와 상기 초음파 분산기의 사이에 거대 입자 및 입자 응집물을 걸러내는 프리 필터를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 초음파 분산기의 출측에 미분산된 입자 응집물을 걸러내는 최종 필터를 더 포함하면 더욱 바람직하다.
한편, 상기 정량 공급기는 밀봉 외함을 구비하며, 상기 밀봉 외함의 내부는 불활성 기체로 충진되어 실리콘 나노 입자가 공기와 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 초음파 분산기에서 배출되는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액을 상기 믹싱 탱크로 순환시키는 순환배관을 더 포함할 수 있다.
상기 블록 공중합체 고분자는 Si와 친화도가 높은 블록 및 Si와 친화도가 낮은 블록을 포함하는 블록 공중합체 쉘을 형성하기 위한 것으로, 상기 Si와 친화도가 높은 블록은 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리아크릴레이트(poly acrylate), 폴리메타크릴산(poly methyl methacrylic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴아미드(poly acryamide), 카복시메틸셀룰로스(carboxymethyl cellulose), 폴리비닐아세테이트(poly vinyl acetate), 또는 폴리말레인산(polymaleic acid)이고, 상기 Si와 친화도가 낮은 블록은 폴리스티렌(poly styrene), 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile), 폴리페놀(poly phenol), 폴리에틸렌글리콜(poly ethylene glycol), 폴리라우릴메타크릴레이트(Poly lauryl acrylate), 또는 폴리비닐디플루라이드(poly vinyl difluoride)인 것이 바람직하다.
상기 분산 용매로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라히드로퓨란(THF), 물, 메탄올, 에탄올, 시클로헥산올, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸설폭사이드(DMSO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명은 Si 코어; 및 Si와 친화도가 높은 블록 및 Si와 친화도가 낮은 블록을 포함하는 블록 공중합체 쉘이 상기 Si 코어를 중심으로 구형 미셀(micelle) 구조를 형성하는 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노실리콘 입자이 분산된 용액을 제조할 수 있도록 함으로써, 리튬 이차전지용 음극활물질에 용이하게 적용할 수 있고, 이를 이용한 리튬 이차전지용 음극활물질은 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 탄화 입자 및 기공을 포함함으로써 장수명, 고용량 및 고에너지 밀도를 가질 뿐만 아니라, Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 탄화 입자의 블록 공중합체 쉘은 리튬 이차전지의 충방전시 부피 변화를 완화하여 수명 특성을 개선할 수 있는 효과를 가져온다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 코어 쉘 구조 나노실리콘 고분자 분산용액 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 코어 쉘 구조 나노실리콘 고분자 분산용액 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 Si 코어와 블록 공중합체 쉘의 중량비에 따른 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자의 전체 직경을 동적광산란법(Dynamic light scattering)으로 측정한 것이다.
도 4는 (a) Si-블록 공중합체 코어- 쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 에너지분산형 X선분석기(Energy dispersive X-ray spectroscopy)로 관찰한 것이다.
도 5는 (a) Si-블록 공중합체 코어- 쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 주사전자현미경(Scanning electron microscope)으로 관찰한 것이다.
도 6은 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 투과전자현미경(Transmission electron microscope)으로 관찰한 것이다.
도 7은 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자의 분산성을 동적광산란법(Dynamic light scattering)로 확인한 것이다.
도 8은 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 코어 및 (b) Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자의 농도에 따른 육안 관찰 결과 및 분산 높이를 나타낸 것이다.
도 9는 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자("P4"~"P9"), Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자("C"), 및 Si-폴리스티렌 혼합체를 포함하는 혼합 용액에서 Si-폴리스티렌 혼합체("STY")의 육안 관찰 결과 및 입자 크기 분포(particle size distribution)를 나타낸 것이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 코어 쉘 구조 나노실리콘 고분자 분산용액 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 코어 쉘 구조 나노실리콘 고분자 분산용액 제조장치는 실리콘 나노 입자를 저장하는 캐니스터(120)와, 상기 캐니스터(120)로부터 실리콘 나노 입자를 공급받아 정량으로 공급하는 정량 공급기(130)와, 쉘을 구성하는 블록 공중합체 고분자와 분산 용매 그리고 상기 정량 공급기(130)를 통해 공급되는 실리콘 나노 입자를 혼합하여 코어 쉘 구조의 나노 실리콘 입자를 형성하는 믹싱 탱크(150)와, 상기 믹싱 탱크에서 배출되는 코어 쉘 구조 나노실리콘 입자와 분산 용매를 공급받아 초음파를 이용하여 입자를 분산시키는 초음파 분산기(180)와, 상기 믹싱 탱크(150)와 상기 초음파 분산기(180)에 분산 용매를 공급하는 분산 용매 탱크(160)를 포함한다.
캐니스터(120)에는 실리콘 나노 입자가 저장되는데, 실리콘 나노 입자는 공기와 접촉하면 산화가 급격하게 일어나게 되므로, 캐니스터(120) 내부는 질소 가스와 같은 불활성 가스로 퍼지하여 밀봉하는 것이 바람직하다. 캐니스터(120)는 실리콘 나노 입자를 저장하고 있다가 단속적으로 후술하는 정량 공급기로 실리콘 나노입자를 공급하게 된다.
정량공급기(130)는 믹싱 탱크(150)로 실리콘 나노 입자를 정량씩 공급하기 위한 것이다. 실리콘 나노 입자의 투입량을 정확하게 계량하기 위해서 감량식 피더(loss-in-weight feeder)를 적용할 수 있다.
또한, 실리콘 나노 입자의 산화를 방지하기 위하여 정량공급기(130)를 밀봉하는 밀봉 외함(132)을 구비하여, 밀봉 외함(132)의 내부를 질소 가스와 같은 불활성 가스로 퍼지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
믹싱 탱크(150)는 분산 용매와, 블록 공중합체 고분자와 실리콘 나노 입자를 혼합하여 코어 쉘 구조의 나노실리콘 입자를 형성하기 위한 것으로, 내부에 교반기가 구비되며, 투입되는 실리콘 나노 입자의 산화를 방지하기 위하여 질소와 같은 불활성 가스가 투입될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 믹싱 탱크(150)에 저장된 분산 용매의 증기가 실리콘 나노 입자 공급 배관을 통해 상술한 정량공급기(130)로 유입되는 것을 방지하기 위해서는, 상기 믹싱 탱크(150) 내부의 압력이 상기 정량공급기(130) 내부의 압력보다 낮게 설정되는 것이 바람직히다. 분산 용매의 증기가 정량공급기(130)로 유입되면 실리콘 나노 입자가 정량 공급기의 내부에 흡착되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
초음파 분산기(180)는 분산 용매에 코어 쉘 구조 나노실리콘 입자를 분산하기 위한 장치로, 분산 중에 발생하는 열을 제거하기 위하여 외부에 냉각 자켓을 구비할 수 있다.
한편, 초음파 분산기(180)로 분산 용매를 공급하는 분산 용매 탱크(160)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코어 쉘 구조 나노실리콘 고분자 분산용액 제조장치는 상기 믹싱 탱크(150)와 상기 초음파 분산기(180)의 사이에 프리 필터(170)를 더 포함할 수 있다. 프리 필터(170)는 나노 실리콘 분말에 함유될 수 있는 거대 입자 또는 믹싱 탱크에서 혼합시 형성될 수 있는 입자 응집물을 걸러내는 역할을 수행한다. 프리 필터(170)로는 금속재질의 매쉬 필터(msh filter)를 사용할 수 있다.
그리고, 초음파 분산기(180)의 출측에 미분산된 입자 응집물을 걸러내는 최종필터(190)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 코어 쉘 구조 나노실리콘 고분자 분산용액 제조장치를 나타낸 구성도이다.
제2실시예는 제1실시예의 구성을 모두 포함하되, 캐니스터로 실리콘 나노 입자를 생성하여 공급하는 플라즈마 반응기(110)와, 상기 정량공급기(130)와 믹싱탱크(150)의 사이에 분산 용매 증기가 상기 정량공급기(130)측으로 유입되는 것을 방지하는 쿠션 호퍼(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
쿠션 호퍼(140)는 유입측과 배출측에 한쌍의 밸브가 구비되어 교대로 개폐되며, 믹싱탱크(150)에 저장된 분산 용매 증기가 정량공급기(130)로 유입되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
또한, 제2실시예는 초음파 분산기(180)에서 배출되는 분산 용액을 상기 믹싱 탱크(150)로 순환시키는 순환배관(185)을 더 포함한다. 분산 용액이 초음파 분산기(180)에서 믹싱 탱크(150)로 순환되도록 함으로써, 교반과 분산을 수차례 반복하여 분산 용액의 품질을 확보하기 위한 것이다.
본 발명은 Si 코어; 및 Si와 친화도가 높은 블록 및 Si와 친화도가 낮은 블록을 포함하는 블록 공중합체 쉘이 상기 Si 코어를 중심으로 구형 미셀(micelle) 구조를 형성하는 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 이용한 분산 용액 제조장치에 관한 것이다.
상기 코어-쉘 나노 입자는 Si 코어를 중심으로, Si 코어의 표면에 Si와 친화도가 높은 블록 및 Si와 친화도가 낮은 블록으로 이루어진 블록 공중합체 쉘이 코팅된 구조인 것으로, 상기 코어-쉘 나노 입자의 블록 공중합체 쉘은 반데르발스(van der Waals) 힘 등에 의해서 Si와 친화도가 높은 블록은 Si 코어의 표면을 향해 회합되고, Si와 친화도가 낮은 블록은 외측을 향해 회합되는 구형 미셀(micelle) 구조를 형성한다.
이와 같이, 상기 코어-쉘 나노 입자의 블록 공중합체 쉘은 Si 코어를 중심으로 구형 미셀(micelle) 구조를 형성하는 것으로, 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 코어-쉘 나노 입자는 분산성 및 안정성이 뛰어나므로, 입자 간의 뭉침 현상이 줄어들어 단순 나노 입자에 비해 입자 크기가 감소한다.
상기 Si 코어와 상기 블록 공중합체 쉘의 중량비는 2:1 내지 1000:1인 것이 바람직하고, 상기 Si 코어와 상기 블록 공중합체 쉘의 중량비는 4:1 내지 20:1인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, Si 코어와 상기 블록 공중합체 쉘의 중량비가 2:1 미만이면 음극활물질 내에서 실제로 리튬과 합금화할 수 있는 Si 코어의 함량이 낮아지게 되어, 음극활물질의 용량이 낮아지고 리튬 이차전지의 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 한편, Si 코어와 상기 블록 공중합체 쉘의 중량비가 1000:1을 초과하면 블록 공중합체 쉘의 함량이 낮아지게 되어, 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 분산성 및 안정성이 저하되는바, 음극활물질 내에서 코어-쉘 나노 탄화 입자의 블록 공중합체 쉘이 완충작용을 제대로 수행할 수 없는 문제점이 있다.
도 3은 Si 코어와 블록 공중합체 쉘의 중량비에 따른 Si-블록 공중합체 코어- 쉘 나노 입자의 전체 직경을 동적광산란법(Dynamic light scattering)으로 측정한 것이다.
도 3에 나타난 바와 같이, Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자에서 Si 코어와 블록 공중합체 쉘의 중량비가 2:1(블록 공중합체 쉘/Si 코어의 중량%가 50중량%) 내지 1000:1(블록 공중합체 쉘/Si 코어의 중량%가 0.1중량%)인 경우, 특히, Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자에서 Si 코어와 블록 공중합체 쉘의 중량비가 4:1(블록 공중합체 쉘/Si 코어의 중량%가 25중량%) 내지 20:1(블록 공중합체 쉘/Si 코어의 중량%가 5중량%)인 경우, Si 나노 입자(블록 공중합체 쉘/Si 코어의 중량%가 0중량%)에 비해, Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자의 전체 직경(hydrodynamic size)이 크게 감소하므로 우수한 분산성 및 안정성을 가짐을 알 수 있다.
즉, 코어-쉘 나노 탄화 입자의 블록 공중합체 쉘은 음극활물질 내에서 실제로 리튬과 합금화할 수 있는 물질이 아니라 리튬 이차전지의 충방전시 Si에 의한 부피 변화를 완화하기 위한 물질인 것으로, Si 코어 대비 소량 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 Si 코어는 2nm 내지 200nm의 직경을 갖는 구형일 수 있고, 상기 블록 공중합체 쉘의 두께는 1nm 내지 50nm일 수 있다.
상기 Si 코어의 직경과 상기 블록 공중합체 쉘의 두께의 비는 1:25 내지 200:1인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 Si 코어 직경과 상기 블록 공중합체 쉘의 두께의 비가 1:25 내지 200:1을 유지하는 경우, Si의 부피 팽창에 대응하여 전극의 치수 안정성을 목표로 양배추 구조(cabbage structure)를 가지는 Si/비정질계 탄소/결정질계 탄소 복합체의 적용에 특히 적합하다.
따라서, 상기 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자는 Si 코어를 중심으로, Si 코어의 표면에 블록 공중합체 쉘이 코팅된 구조인 것으로, 상기 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자의 전체 직경은 4nm 내지 300nm일 수 있다.
상기 Si와 친화도가 높은 블록은 반데르발스(van der Waals) 힘 등에 의해서 Si 코어의 표면을 향해 회합되는데, 이때, 상기 Si와 친화도가 높은 블록은 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리아크릴레이트(poly acrylate), 폴리메타크릴산(poly methyl methacrylic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴아미드(poly acryamide), 카복시메틸셀룰로스(carboxymethyl cellulose), 폴리비닐아세테이트(poly vinyl acetate), 또는 폴리말레인산(polymaleic acid)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 Si와 친화도가 낮은 블록은 반데르발스(van der Waals) 힘 등에 의해서 외측을 향해 회합되는데, 이때, 상기 Si와 친화도가 낮은 블록은 폴리스티렌(poly styrene), 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile), 폴리페놀(poly phenol), 폴리에틸렌글리콜(poly ethylene glycol), 폴리라우릴메타크릴레이트(Poly lauryl acrylate), 및 폴리비닐디플루라이드(poly vinyl difluoride) 인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 블록 공중합체 쉘은 폴리아크릴산-폴리스티렌 블록 공중합체 쉘인 것 가장 바람직하다. 이때, 상기 폴리아크릴산의 수평균 분자량(Mn)은 100g/mol 내지 100,000g/mol인 것이 바람직하고, 상기 폴리스티렌은 수평균 분자량(Mn)은 100g/mol 내지 100,000g/mol인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
도 4는 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 에너지분산형 X선분석기(Energy dispersive X-ray spectroscopy)로 관찰한 것이다.
도 4에 나타난 바와 같이, Si, C, 및 O의 분포를 통해 (a)Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자는 (b) Si 나노 입자와 달리, Si 코어의 표면에 C 및 O 포함 중합체 쉘이 형성되었음을 알 수 있다.
도 5는 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 주사전자현미경(Scanning electron microscope)으로 관찰한 것이다.
도 5에 나타난 바와 같이, (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자는 (b) Si 나노 입자와 달리, Si 코어의 표면에 중합체 쉘이 형성되었음을 알 수 있다.
도 6은 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 투과전자현미경(Transmission electron microscope)으로 관찰한 것이다.
도 6에 나타난 바와 같이, (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자는 (b) Si 나노 입자와 달리, Si 코어의 표면에 중합체 쉘이 형성되었음을 알 수 있고, Si 코어의 표면에 형성된 중합체 쉘은 11.2nm 두께임을 알 수 있다.
본 발명에서 분산 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라히드로퓨란(THF), 물, 메탄올, 에탄올, 시클로헥산올, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸설폭사이드(DMSO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매 또는 테트라히드로퓨란(THF) 용매를 사용한 경우, 본 발명에 따른 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 코어-쉘 나노 입자는 상분리 없이 매우 우수한 분산성 및 안정성을 가진다.
블록 공중합체 고분자는 Si 친화도가 높은 블록 및 Si 친화도가 낮은 블록을 포한한다.
Si와 친화도가 높은 블록은 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리아크릴레이트(poly acrylate), 폴리메타크릴산(poly methacrylic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴아미드(poly acryamide), 카복시메틸셀룰로스(carboxymethyl cellulose), 폴리비닐아세테이트(poly vinyl acetate), 또는 폴리말레인산(polymaleic acid)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
Si와 친화도가 낮은 블록은 폴리스티렌(poly styrene), 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile), 폴리페놀(poly phenol), 폴리에틸렌글리콜(poly ethylene glycol), 폴리라우릴메타크릴레이트(Poly lauryl methacrylate), 또는 폴리비닐디플루라이드(poly vinyl difluoride)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
블록 공중합체는 폴리아크릴산-폴리스티렌 블록 공중합체인 것이 가장 바람직하다. 이때, 상기 폴리아크릴산의 수평균 분자량(Mn)은 100g/mol 내지 100,000g/mol인 것이 바람직하고, 상기 폴리스티렌은 수평균 분자량(Mn)은 100g/mol 내지 100,000g/mol인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
믹싱 탱크(150)에서 혼합되는 Si 입자와 상기 블록 공중합체의 중량비는 2:1 내지 1000:1인 것이 바람직하고, 상기 Si 입자와 상기 블록 공중합체의 중량비는 4:1 내지 20:1인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
즉, 블록 공중합체 쉘은 음극활물질 내에서 실제로 리튬과 합금화할 수 있는 물질이 아니라 완충 작용을 하기 위한 물질인 것으로, Si 입자 대비 소량 포함되는 것이 바람직하다.
상기 Si 입자가 첨가된 혼합 용액을 초음파 분산기(180)에서 초음파 처리함으로써, Si 입자와 블록 공중합체의 단순 혼합 용액이 아닌, 코어-쉘 나노 입자가 분산된 혼합 용액을 제조할 수 있다. 이때, 초음파 처리는 10kHz 내지 100kHz의 초음파를 5분 내지 120분간 처리함으로써, 단시간 초음파 처리를 통해 에너지 손실을 최소화할 수 있다.
상기 코어-쉘 나노입자를 포함하는 혼합 용액에서 코어-쉘 나노 입자의 블록공중합체는 Si 코어를 중심으로 구형 미셀(micelle) 구조를 형성하는 것으로, 상기 코어-쉘 나노입자를 포함하는 혼합 용액에서 코어-쉘 나노 입자는 Si 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 입자 또는 Si-폴리스티렌 혼합체를 포함하는 혼합 용액에서 Si-폴리스티렌 혼합체에 비해, 우수한 분산성 및 안정성을 가지므로 입자 간의 뭉침 현상이 줄어들어 입자 크기가 감소한다.
이때, 상기 코어-쉘 나노입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자의 입자 크기 분포(particle size distribution)는 4nm 내지 300nm인 것이 바람직하고, 상기 코어-쉘 나노입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자의 입자 크기 분포(particle size distribution)는 100nm 내지 150nm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 코어-쉘 나노입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 코어의 농도는 1 중량% 내지 50 중량%의 넓은 범위를 가질 수 있다.
따라서, 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 코어-쉘 나노 입자는 분산성 및 안정성이 뛰어나므로 이를 탄화시켜 음극활물질에 용이하게 적용할 수 있다.
도 7은 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 및 (b) Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자의 분산성을 동적광산란법(Dynamic light scattering)로 확인한 것이다.
도 7에서 확인한 바와 같이, 테트라히드로퓨란(THF) 용매를 사용한 경우, (b) Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자 크기에 비해 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 크기가 현저히 작아짐을 확인할 수 있다.
이는, 상기 코어-쉘 나노 입자의 블록 공중합체 쉘은 Si 코어를 중심으로 구형 미셀(micelle) 구조를 형성하는 것으로, 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 코어-쉘 나노 입자는 분산성 및 안정성이 뛰어나므로, 입자 간의 뭉침 현상이 줄어들어 단순 나노 입자에 비해 입자 크기가 감소하는 것이다.
도 8은 (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 코어 및 (b) Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자의 농도에 따른 육안 관찰 결과 및 분산 높이를 나타낸 것이다.
도 8에 나타난 바와 같이, 테트라히드로퓨란(THF) 용매를 사용한 경우, (b) Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자의 농도가 2.5중량%, 5중량%, 10중량%인 경우, 농도가 증가함에 따라 분산 높이가 점차 높아지는 추세이나, (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 코어의 농도가 2.5중량%, 5중량%, 10중량%인 경우에 비해 분산 높이가 현저히 낮음을 확인할 수 있다. 특히, (b) Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자의 농도가 15중량%인 경우, 나노 입자가 시험관에 달라붙어 말라버려 분산 높이를 측정할 수 없다. 다만, (a) Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 코어 농도가 15중량%인 경우에도 상분리 없이 분산 높이가 높게 유지됨을 확인할 수 있다.
도 9는 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자("P4"~"P9"), Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자("C"), 및 Si-폴리스티렌 혼합체를 포함하는 혼합 용액에서 Si-폴리스티렌 혼합체("STY")의 육안 관찰 결과 및 입자 크기 분포(particle size distribution)를 나타낸 것이다.
도 9에 나타난 바와 같이, 테트라히드로퓨란(THF) 용매를 사용한 경우, Si 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si 나노 입자("C")의 입자 크기 분포(particle size distribution) 약 350nm를 기준으로 할 때, Si-폴리스티렌 혼합체를 포함하는 혼합 용액에서 Si-폴리스티렌 혼합체("STY")의 입자 크기 분포(particle size distribution)는 오히려 증가하나, Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자를 포함하는 혼합 용액에서 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자("P4"~"P9")의 입자 크기 분포(particle size distribution)는 135 nm 내지 150 nm의 범위인 것으로, 상분리 없이 분산성 및 안정성이 우수함을 확인할 수 있다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 플라즈마 반응기
120 : 캐니스터
130 : 정량공급기
132 : 밀봉 외함
140 : 쿠션 호퍼
150 : 믹싱탱크
160 : 분산 용매 탱크
170 : 프리필터
180 : 초음파 분산기
185 : 순환배관
190 : 최종필터

Claims (10)

  1. 실리콘 나노 입자를 저장하는 캐니스터;
    상기 캐니스터로부터 실리콘 나노 입자를 공급받아 정량으로 공급하는 정량공급기;
    쉘을 구성하는 블록 공중합체 고분자와 분산 용매 그리고 상기 정량공급기를 통해 공급되는 실리콘 나노 입자를 혼합하여 코어 쉘 구조의 나노실리콘 입자를 형성하며, 상기 정량 공급기의 내부 압력보다 상대적으로 낮은 내부 압력을 가지는 믹싱 탱크;
    상기 믹싱 탱크에서 배출되는 코어 쉘 구조 나노실리콘 입자와 분산 용매를 공급받아 초음파를 이용하여 입자를 분산시키는 초음파 분산기; 및
    상기 믹싱 탱크와 상기 초음파 분산기로 분산 용매를 공급하는 분산 용매 탱크;를 포함하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐니스터로 실리콘 나노 입자를 합성하여 공급하는 플라즈마 반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정량 공급기와 상기 믹싱 탱크 사이에
    상기 믹싱 탱크 내부의 증기가 상기 정량 공급기로 유입되는 것을 방지하는 쿠션 호퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹싱 탱크와 상기 초음파 분산기의 사이에 거대 입자 및 입자 응집물을 걸러내는 프리 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 분산기의 출측에 미분산된 입자 응집물을 걸러내는 최종 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정량 공급기는 밀봉 외함을 구비하며,
    상기 밀봉 외함의 내부는 불활성 기체로 충진되어 실리콘 나노 입자가 공기와 접촉하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 분산기에서 배출되는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액을 상기 믹싱 탱크로 순환시키는 순환배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 공중합체 고분자는
    Si와 친화도가 높은 블록 및 Si와 친화도가 낮은 블록을 포함하는 블록 공중합체 쉘을 형성하기 위한 것으로,
    상기 Si와 친화도가 높은 블록은 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리아크릴레이트(poly acrylate), 폴리메타크릴산(poly methacrylic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴아미드(poly acryamide), 카복시메틸셀룰로스(carboxymethyl cellulose), 폴리비닐아세테이트(poly vinyl acetate), 또는 폴리말레인산(polymaleic acid)이고,
    상기 Si와 친화도가 낮은 블록은 폴리스티렌(poly styrene), 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile), 폴리페놀(poly phenol), 폴리에틸렌글리콜(poly ethylene glycol), 폴리라우릴메타크릴레이트(Poly lauryl methacrylate), 또는 폴리비닐디플루라이드(poly vinyl difluoride)인 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산 용매로는
    N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라히드로퓨란(THF), 물, 메탄올, 에탄올, 시클로헥산올, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸설폭사이드(DMSO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 코어 쉘 구조 나노실리콘의 고분자 분산용액 제조장치.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108346801B (zh) * 2017-01-24 2020-07-17 河南烯碳合成材料有限公司 锂离子电池的正电极
CN107834047B (zh) * 2017-11-10 2023-10-13 河南中联高科新能源有限公司 硅碳负极材料制备方法及装置
CN110193319B (zh) * 2019-06-03 2020-05-29 长沙理工大学 一种基于光声效应的纳米流体防团聚装置
KR102333426B1 (ko) * 2019-10-01 2021-12-02 한국화학연구원 입도제어 가능한 고속 순간 혼화방식 액상폴리머 용해장치
KR102283427B1 (ko) * 2020-12-15 2021-07-29 한밭대학교 산학협력단 산화그래핀을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 혼합용액 제조시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100887186B1 (ko) * 2007-09-18 2009-03-10 한국화학연구원 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체 제조 장치 및 방법
KR101424610B1 (ko) * 2013-06-14 2014-08-04 (주) 라미나 코어-쉘 입자 제조장치 및 이를 이용한 코어-쉘 입자 제조방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4344859A (en) * 1975-01-08 1982-08-17 Exxon Research And Engineering Company Homogenizing system for producing high polymer latices
US5439288A (en) * 1994-02-01 1995-08-08 General Signal Corporation Automated small volume recirculator for particle analysis
US7331702B2 (en) * 2003-10-31 2008-02-19 Reika Kogyo Kabushiki Kaisha Agitation mixer
JP2006187756A (ja) * 2004-12-07 2006-07-20 Reika Kogyo Kk 撹拌混合装置
KR101442318B1 (ko) * 2011-07-05 2014-09-25 울산대학교 산학협력단 실리콘-탄소 코어쉘을 이용한 리튬이차전지용 음극활물질 및 이의 제조방법
CN102509781B (zh) * 2011-10-27 2015-11-04 上海交通大学 硅碳复合负极材料及其制备方法
KR20140000806A (ko) * 2012-06-25 2014-01-06 주식회사 동국하이텍 관로 보수용 튜브반전 장치 및 이를 이용한 관로 보수 방법
KR20140096581A (ko) * 2013-01-28 2014-08-06 (주)월드튜브 코어쉘 구조의 나노 실리콘과 그래핀이 결합된 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 활물질로 포함하는 전기화학소자
KR101458309B1 (ko) * 2013-05-14 2014-11-04 오씨아이 주식회사 부피 변화를 완화할 수 있는 Si-블록 공중합체 코어-쉘 나노 입자 및 이를 이용한 리튬 이차전지용 음극활물질
JP6343940B2 (ja) * 2014-01-14 2018-06-20 株式会社ジェイテクト 蓄電材料の製造装置および製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100887186B1 (ko) * 2007-09-18 2009-03-10 한국화학연구원 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체 제조 장치 및 방법
KR101424610B1 (ko) * 2013-06-14 2014-08-04 (주) 라미나 코어-쉘 입자 제조장치 및 이를 이용한 코어-쉘 입자 제조방법

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