KR101924804B1 - Porous carbon product and use thereof - Google Patents

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Abstract

다공성 탄소 생성물의 공지된 제조방법은, 상호연결된 기공들을 포함하는 무기 주형 재료의 주형을 제공하는 단계, 탄소를 위한 전구체 물질을 제공하는 단계, 상기 전구체 물질로 상기 주형의 기공들을 침투시키는 단계, 상기 전구체 물질을 탄화시키는 단계, 및 상기 주형을 제거하여 다공성 탄소 생성물을 형성시키는 단계를 포함한다. 이로부터 시작하여, 두꺼운 벽 두께를 가지면서 다공성 탄소 구조체의 비용-효율적인 제조가 가능한 방법을 제공하기 위해, 본 발명에 따라, 가융성 재료의 전구체 물질 입자들 및 주형 입자들을 제공하고, 상기 입자들로부터 분말 혼합물을 형성하며, 상기 주형 입자들의 기공들 내로 전구체 물질 용융물이 관통하는 방식으로, 단계 (d)에 따른 탄화 전 또는 그 도중에 상기 분말 혼합물을 가열하는 것이 제안된다.A known method of preparing a porous carbon product comprises the steps of providing a template of an inorganic template material comprising interconnected pores, providing a precursor material for carbon, infiltrating the pores of the template with the precursor material, Carbonizing the precursor material, and removing the template to form a porous carbon product. Starting from this, in order to provide a method capable of cost-effective production of a porous carbon structure with a thick wall thickness, it is proposed in accordance with the present invention to provide precursor material particles and mold particles of a fusible material, It is proposed to heat the powder mixture before or during carbonization according to step (d) in such a way that the melt of the precursor material penetrates into the pores of the mold particles.

Description

다공성 탄소 생성물 및 그의 용도{POROUS CARBON PRODUCT AND USE THEREOF}POROUS CARBON PRODUCT AND USE THEREOF FIELD OF THE INVENTION [0001]

본 발명은, (a) 상호연결된 기공들을 포함하는 무기 주형 재료로 이루어진 주형을 제공하는 단계; (b) 탄소를 위한 전구체 물질을 제공하는 단계; (c) 상기 전구체 물질로 상기 주형의 기공들을 침투시키는 단계; (d) 상기 전구체 물질을 탄화시키는 단계; (e) 상기 주형을 제거하여 다공성 탄소 생성물을 형성시키는 단계를 포함하는 다공성 탄소 생성물의 제조방법에 관한 것이다.
(A) providing a mold comprising an inorganic mold material comprising interconnected pores; (b) providing a precursor material for carbon; (c) infiltrating the pores of the template with the precursor material; (d) carbonizing the precursor material; (e) removing the template to form a porous carbon product.

더욱이, 본 발명은 탄소 생성물의 적합한 용도에 관한 것이다.
Moreover, the present invention relates to a suitable use of the carbon product.

탄소의 모놀리식(monolithic) 형상화된 몸체들이 예컨대 연료전지, 수퍼커페시터(supercapacitor) 및 전기 축전기(이차전지)를 위한 전극에 사용되고, 액체 및 기체를 위한 흡착제로서, 기체를 위한 저장 매체로서, 크로마토그래프 용도 또는 촉매 공정에서의 캐리어 재료로서 및 기계 또는 의료 엔지니어링에서의 재료로서 활용되고 있다.
Monolithic shaped bodies of carbon are used for electrodes for example fuel cells, supercapacitors and electric capacitors (secondary cells), and as adsorbents for liquids and gases, as storage media for gases, As graphite applications or as carrier materials in catalytic processes and as materials in mechanical or medical engineering.

재충전 가능한 리튬 전지의 전극들의 사용에서는 낮은 전하 손실에서 리튬을 가역적으로 삽입하고(intercalate) 이탈시킬 수 있는(deintercalate) 전극 재료를 요구한다. 동시에, 가능한 짧은 충전 시간 및 전지의 높은 충전 용량을 목적으로 한다. 이를 위하여, 가능한 작은 전극 재료의 표면과 더불어 동시에 최대 기공성(porosity)(투과성(permeability))이 요구된다. 큰 표면을 갖는 전극 재료는, 리튬의 최초 삽입 도중 실질적으로 그 자체가 비가역적 손실로서 나타나는 비교적 높은 전하 손실을 나타낸다.
The use of electrodes of a rechargeable lithium cell requires an electrode material that can reversibly intercalate and deintercalate lithium at low charge losses. At the same time, it aims at a possible short charging time and a high charging capacity of the battery. To this end, maximum porosity (permeability) is required simultaneously with the surface of the electrode material as small as possible. The electrode material with a large surface exhibits a relatively high charge loss, which appears to be substantially irreversible loss itself during the initial insertion of lithium.

DE 29 46 688 A1은 다공성 재료의 일회용 프리폼(preform)(소위, 주형)을 사용하는 다공성 탄소의 제조방법을 개시하고 있다. 여기서, 탄소의 전구체 물질은 적어도 1 m2/g의 표면적을 갖는 무기 주형 재료의 주형의 기공들 내에 침적된다. SiO2 겔, 다공성 유리, 알루미나 또는 다른 다공성의 내열성 산화물들이 주형을 위한 적합한 주형 재료로서 언급된다. 주형 재료는 적어도 40 %의 기공성 및 3 nm 내지 2 μm의 중간(mean) 기공 크기를 갖는다.
DE 29 46 688 A1 discloses a process for the production of porous carbon using disposable preforms of porous material (so-called molds). Here, the precursor material of carbon is immersed in the pores of the mold of the inorganic mold material having a surface area of at least 1 m 2 / g. SiO 2 gel, porous glass, alumina or other refractory oxides of porous are mentioned as a suitable molding material for the mold. The mold material has a porosity of at least 40% and a mean pore size of 3 nm to 2 [mu] m.

중합 가능한 유기 재료, 예컨대 페놀과 헥사민 또는 페놀-폼알데하이드 레솔의 혼합물이 탄소를 위한 전구체 물질로서 추천되고 있다. 이 혼합물은 주형의 기공들 내로 액체로서 또는 기체로서 도입되며, 중합화된다. 중합화 및 후속적인 탄화 후, 주형의 무기 주형 재료는 예컨대 NaOH 내 또는 하이드로플루오르산 중에서의 용해에 의해 제거된다.
Mixtures of polymerizable organic materials such as phenol and hexamine or phenol-formaldehyde resols are recommended as precursor materials for carbon. This mixture is introduced into the pores of the mold as a liquid or as a gas and is polymerized. After polymerization and subsequent carbonization, the template's inorganic template material is removed, for example, by dissolution in NaOH or in hydrofluoric acid.

이로 인해, 주형의 재료 분포에 대략적으로 대응하는 기공 구조를 갖고 원리적으로는 Li 전지용 전극들의 제조를 위한 출발 물질로서 적합한 입자- 또는 플레이크-유사 탄소 생성물이 생성된다.
This produces a particle- or flake-like carbon product suitable as a starting material for the preparation of electrodes for Li batteries, in principle, having a pore structure corresponding roughly to the material distribution of the mold.

내부 표면들에 대한 용이한 접근으로 인해 높고 신속한 충전 용량이 결정된다. 이와 관련하여, 소위 "계층적 기공성(hierarchical porosity)"이 유리한 것으로 밝혀졌다. 큰 표면들은 나노미터 범위의 기공들에 의해 제공될 수 있다. 이들 기공들에 대한 접근성을 향상시키기 위해, 이들은 이상적으로는 연속적 거대-기공 전달 시스템(macroporous transport system)을 통해 연결되어 있다.
The high and fast charging capacity is determined by the easy access to the inner surfaces. In this connection, so-called "hierarchical porosity" has been found to be advantageous. Large surfaces can be provided by pores in the nanometer range. In order to improve access to these pores, they are ideally connected via a continuous macroporous transport system.

거대-기공(macropore) 및 중간-기공(mesopore)들의 이러한 계층적 기공 구조를 갖는 모노리식 탄소 생성물이 US 2005/0169829 A1에 기재되어 있다. 계층적 기공 구조를 만들기 위해, 중합화에 의해 과도한 액체의 제거 후에 건조되고 완전하게 중합화되는 다공성 실리카 겔이 수득되도록, 800 nm 내지 10 μm의 직경을 갖는 실리카 비이드들 및 중합 가능한 물질로 이루어진 분산액을 몰드 내에서 가열함으로써 SiO2 주형이 제조된다.
Monolithic carbon products having such a hierarchical pore structure of macropores and mesopores are described in US 2005/0169829 Al. Made of silica beads having a diameter of from 800 nm to 10 μm and a polymerizable material so as to obtain a porous silica gel which is dried and completely polymerized after removal of excess liquid by polymerization to make a hierarchical pore structure The dispersion is heated in a mold to produce a SiO 2 template.

이 방식으로 수득된 SiO2 주형의 기공들은 후속적으로 탄소를 위한 전구체 물질로 함침되고, 상기 탄소 전구체 물질은 탄소로 탄화되고, 상기 SiO2 주형은 후속적으로 HF 또는 NaOH 중에서의 용해에 의해 제거된다. 이에 의해 수득된 탄소 생성물은 또한 주형의 재료 분포에 대략적으로 정합되는(conform to) 기공 구조를 나타낸다. 전구체 물질로서 테트라하이드로퓨란(THF) 중에 용해된 페놀계 수지가 사용된다.
The pores of the SiO 2 template obtained in this way are subsequently impregnated with the precursor material for the carbon, the carbon precursor material is carbonized to carbon and the SiO 2 template is subsequently removed by dissolution in HF or NaOH do. The carbon product obtained thereby also exhibits a pore structure that conforms to the material distribution of the mold. As the precursor material, a phenolic resin dissolved in tetrahydrofuran (THF) is used.

DE 29 46 688 A1DE 29 46 688 A1 US 2005/0169829 A1US 2005/0169829 A1

침투를 위한 통상적으로 흑연화 가능한 탄소 전구체는 높은 농도에서 가용적이지 않고, 일정량의 불용성 구성성분을 함유한다. 예를 들면, THF 중의 메소상(mesophase) 피치의 용해도는 용매의 증발 후에 최초 충전된 기공 부피의 90 % 초과가 미충전 상태로 잔존하도록 10 부피% 미만이다. 탄소 전구체 재료의 잔여 코팅의 부피는 유의적이지는 않지만 후속적 탄화에 의해 추가로 감소된다.
Typically graphitizable carbon precursors for penetration are not soluble at high concentrations and contain a certain amount of insoluble constituents. For example, the solubility of the mesophase pitch in THF is less than 10% by volume such that after evaporation of the solvent, more than 90% of the initially filled pore volume remains in the unfilled state. The volume of the residual coating of the carbon precursor material is not significant, but is further reduced by subsequent carbonization.

반대로, 탄수화물의 형태인 대안적 탄소 전구체, 예컨대 당은 높은 용해도를 나타내지만, 용매의 증발 후에 잔존하는 당은, 여기서 또한 큰 기공 부피가 미충전된 상태로 잔존하도록, 탄화 공정에서 그의 최초 질량의 약 50%를 소실한다.
Conversely, alternative carbon precursors, such as sugars, in the form of carbohydrates, such as sugars, exhibit high solubility, but the remaining sugar after evaporation of the solvent is also present in the initial mass of the carbonization process About 50% is lost.

따라서, 후속적인 탄화로의 침투에 의해, 일반적으로 오직 작은 두께의 침적된 탄소 층이 수득된다. 그러므로, 다공성 탄소 구조의 기술적으로 유용한 벽 두께를 달성하기 위해, 다수의 이러한 침투 및 탄화 공정들은 대체적으로 교대로 실시되어야 한다. 그러나, 이러한 다수의 공정들은 제조 비용을 증가시키며, 이들은 예컨대 침투 채널의 점진적 막힘으로 인해 불균일성을 초래할 수 있다.
Thus, subsequent penetration of the carbonization furnace generally results in a deposited carbon layer of only a small thickness. Therefore, in order to achieve the technically useful wall thickness of the porous carbon structure, many such penetration and carbonization processes have to be carried out alternately. However, these multiple processes increase manufacturing costs, which can lead to nonuniformity, for example, due to progressive clogging of the permeation channel.

본 발명의 목적은, 두꺼운 벽 두께도 또한 가지면서 다공성 탄소 구조의 비용-효율적 제조를 허용하는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method which also permits a cost-effective production of a porous carbon structure with also a thick wall thickness.

더욱이, 본 발명의 목적은 본 발명에 따라 탄소 생성물의 적합한 용도를 지적하는 것이다.
Furthermore, it is an object of the present invention to indicate a suitable use of the carbon product in accordance with the present invention.

방법과 관련하여, 본 발명에 따라, 전술된 유형의 방법으로부터 시작되는 이 목적은, 가융성 재료의 전구체 물질 입자들 및 주형 입자들을 제공하고, 상기 입자들로부터 분말 혼합물을 형성하며, 상기 주형 입자들의 기공들 내로 전구체 물질 용융물이 관통하는 방식으로, 단계 (d)에 따른 탄화 전 또는 그 도중에 상기 분말 혼합물을 가열하는 것으로 달성된다.
With respect to the method, in accordance with the invention, this object, starting from a method of the type described above, comprises providing precursor material particles and mold particles of a fusible material, forming a powder mixture from the particles, Is achieved by heating the powder mixture before or during carbonization according to step (d) in such a way that the melt of the precursor material penetrates into the pores of the powder.

본 발명에 따른 방법에서, 탄소의 전구체 물질은 주형과 접촉하면서 가열되고, 이 공정에서 주형의 기공들 내로 관통할 수 있도록 연화 또는 용융된다. 탄소 전구체를 위한 용매는 생략될 수 있다.
In the process according to the invention, the precursor material of the carbon is heated in contact with the mold and softened or melted in this process to penetrate into the pores of the mold. The solvent for the carbon precursor may be omitted.

그러나, 주형 재료의 우수한 습윤성의 경우에서도, 액화된 전구체 물질로의 주형의 이 "직접 침투"는 상기 주형이 모노리스(monolith)로서 존재하는 경우에 목적하는 성공을 생성시킬 것이다. 특정 주의사항 없이, 기공들 내의 불규칙한 점유뿐만 아니라 용융된 전구체 물질을 위한 과도하게 작은 관통 깊이를 수득할 것이다. 이 문제를 해결하기 위해, 다공성 주형 재료 및 전구체 물질 모두로부터 미리 생성된 분말이 본 발명에 따라 제공되며, 상기 분말들은 서로 균일하게 혼합되고, 상기 균일한 분말 혼합물은 전구체 물질의 입자들이 용융될 정도로 가열된다.
However, even in the case of good wettability of the mold material, this "direct infiltration " of the mold with the liquefied precursor material will produce the desired success if the mold is present as a monolith. Without certain precautions, an irregular occupation within the pores as well as an excessively small penetration depth for the molten precursor material will be obtained. To solve this problem, pre-produced powders from both the porous mold material and the precursor material are provided according to the present invention, the powders are uniformly mixed with one another, and the uniform powder mixture is such that the particles of the precursor material melt And heated.

이 용융물은 인접하는 주형 입자들 내로 직접 관통할 수 있다. 균일한 분말 혼합물은, 침투되는 주형 재료의 전체 기공 부피에 걸쳐 단일한 분포와 점유가 달성되도록 용융 전구체 물질이 항상 주형 입자들과의 친밀한 접촉을 유지한다. 전구체 물질의 용융 도중에 만연하는 높은 온도는, 단일 침투의 경우에도 기공 부피의 높은 충전 정도가 미리 얻어지도록, 온도의 표면들의 더욱 우수한 습윤성에 기여한다.
This melt can penetrate directly into adjacent mold particles. The homogeneous powder mixture always maintains intimate contact of the melt precursor material with the mold particles so that a uniform distribution and occupancy is achieved over the entire pore volume of the infiltrating mold material. The high temperature prevailing during the melting of the precursor material contributes to better wettability of the surfaces of the temperature, so that even in the case of a single penetration, a high degree of filling of the pore volume is obtained in advance.

전구체 물질의 탄화는 주형 입자들의 기공들의 침투와 동시에 또는 그 후에 발생한다. 용매의 사용이 분산되기 때문에, 전구체 물질의 수축은 유일하게는 탄화 도중 분해 및 증발 공정에 기인한다. 이 관점에서 수축의 정도는 오직 전구체 물질의 탄소 함량에만 의존한다.
The carbonization of the precursor material occurs simultaneously with or after the infiltration of the pores of the mold particles. As the use of the solvent is dispersed, the shrinkage of the precursor material is solely due to the decomposition and evaporation process during carbonization. From this point of view, the degree of shrinkage depends only on the carbon content of the precursor material.

무기 주형 재료는 탄소 전구체 물질을 침적 및 하소(carcine)시키기 위해 단지 기계적 및 열적으로 안정한 골격으로서 작용한다. 예컨대 화학적 용해에 의한 제거 후, 생성된 탄소 생성물에는 실질적으로 주형 재료가 없다.
The inorganic mold material acts merely as a mechanically and thermally stable framework to deposit and carcine the carbon precursor material. For example, after removal by chemical dissolution, the resulting carbon product is substantially free of mold material.

주형 입자들이 더욱 미세하게 분리되면, 달리 동일한 공정 조건 하에서 더욱 신속하고 더욱 효율적이고 더욱 단일하게 침투될 것이다. 주형 입자들은 예컨대 주형 재료로부터 다공성 몸체들을 연마시킴으로써, 또는 주형 재료로부터 층들을 분쇄시킴으로써, 주형 재료로부터 분말을 가압시킴으로써, 또는 졸-겔 방법 또는 과립화 방법에 의해 제조된다. 예컨대 체질(sieving)에 의해 달성되는 작고 이상적으로 일분산성인 입자 크기 분포가 본 발명에 따른 방법에 유리하다.
If the mold particles are more finely divided, they will penetrate more quickly, more efficiently and more uniformly under otherwise identical process conditions. The mold particles are prepared, for example, by grinding porous bodies from a mold material, or by pulverizing the layers from a mold material, by pressing the powder from the mold material, or by a sol-gel process or a granulation process. A small and ideally monodisperse particle size distribution, for example achieved by sieving, is advantageous in the process according to the invention.

전구체 물질의 분말은 또한 용융물을 연마시키거나, 분쇄시키거나, 또는 세분화(atomize)시킴으로써 수득될 수 있다.
The powder of precursor material can also be obtained by grinding, milling, or atomizing the melt.

2가지 분말들이 서로 균일하게 혼합된 후, 분말 혼합물은 전구체 물질이 용융되며 주형 분말의 기공들 내로 강하게 습윤화하는 방식으로 관통되는 정도까지 가열된다. 여기서, 전구체 물질은 동시에 또는 후속적으로 탄화될 수 있다.
After the two powders are uniformly mixed with one another, the powder mixture is heated to such an extent that the precursor material melts and penetrates into the pores of the mold powder in a strongly wetting manner. Here, the precursor material may be carbonized simultaneously or subsequently.

탄화 후, 탄화된 전구체 물질 및 주형 재료는 서로 친밀하게 혼합되어 있는 덩어리가 수득된다. 주형 재료는 상기 덩어리로부터 에칭에 의해 제거되어서, 탄화된 전구체 물질로부터의 탄소 골격이 잔존하게 될 것이다.
After carbonization, the carbonized precursor material and the mold material are lumps that are intimately mixed with each other. The mold material will be removed from the agglomerate by etching so that the carbon skeleton from the carbonized precursor material will remain.

주형 입자들을 제공하는 것이, 피드스톡(feedstock) 재료가 가수분해 또는 동결분해에 의해 주형 재료 입자들로 전환되고, 상기 입자들이 상기 주형 재료로부터 검댕 몸체(soot body)를 형성하면서 침적 표면 상에 침적되며, 상기 검댕 몸체가 주형 입자들로 분절화되는 검댕 침적 방법을 포함하는 것이 특히 유리하다고 드러났다.
The provision of the mold particles is advantageous in that the feedstock material is converted into the mold material particles by hydrolysis or freeze decomposition and the particles deposit on the deposit surface while forming a soot body from the mold material And it is particularly advantageous to include a soot deposition method in which the soot body is segmented into the template particles.

본 발명에 따른 변형된 방법에서, 주형의 형성은 검댕 침적 방법을 포함한다. 이 공정에서, 액체 또는 기체 출발 물질은 화학적 반응(가수분해 또는 동결분해)에 가해지고, 침적 표면 상에 고체 성분으로서 기체 상으로부터 침적된다. 반응 대역은 예컨대 버너 화염 또는 전기 아크(플라즈마)이다. 예컨대 OVD, VAD, MCVD, PCVD 또는 FCVD 방법들로 명명되는 바와 같은 플라즈마 또는 CVD 침적 방법들의 도움으로, 합성 석영 유리, 틴 옥사이드 티타늄 나이트라이드 및 다른 합성 재료가 산업 규모로 제조된다.
In a modified process according to the invention, the formation of the mold comprises a soot deposition process. In this process, the liquid or gaseous starting material is subjected to a chemical reaction (hydrolysis or freeze decomposition) and deposited from the gaseous phase as a solid component on the immersion surface. The reaction zone is, for example, a burner flame or electric arc (plasma). Synthetic quartz glass, tin oxide titanium nitride and other synthetic materials are produced on an industrial scale, with the help of plasma or CVD deposition methods such as those named OVD, VAD, MCVD, PCVD or FCVD methods.

여기서, 주형의 제조를 위한 침적된 주형 재료의 품질에서는, 주형 재료가 다공성 검댕으로서 예컨대 용기(vessel), 맨드렐(mandrel), 플레이트 또는 필터일 수 있는 침적 표면 상에 존재하는 것이 필수적이다. 이로 인해, 침적 표면의 온도는 침적된 주형 재료의 조밀한 소성(sinter)이 방지될 정도로 낮게 유지된다. 이로 인해 열적으로 강화되지만 다공성인 "검댕 몸체"는 중간체 생성물로서 수득된다.
Here, in the quality of the immersed molding material for the production of the mold, it is essential that the molding material is present on the immersion surface, which may be, for example, a vessel, a mandrel, a plate or a filter as porous soot. As a result, the temperature of the deposition surface is kept low enough to prevent dense sintering of the deposited casting material. The soaked body, which is thermally enhanced thereby but porous, is obtained as an intermediate product.

"졸-겔 경로"를 통한 제조방법과 비교하면, 검댕 침적 방법은 비용-효율적으로 주형의 제조를 산업 규모로 허용하는 값싼 방법이다.
Compared with the manufacturing method through the "sol-gel path ", the soot deposition method is an inexpensive method which allows the production of molds on an industrial scale in a cost-effective manner.

이 방식으로 수득된 검댕 몸체들에 있어서, 특히 유리하게는 이들이 제조 공정으로 인해 계층적 기공 구조를 갖는 이방성 질량 분포를 나타내는 것으로 드러났다. 그 이유는, 기체 상 침적은, 반응 대역에서, 침적 표면까지의 그들의 길(way)에서 응집하는 나노미터 범위의 입자 크기를 갖는 주형 재료의 1차 입자들을 생성시키고, 상기 침적 표면 상에서 다소 구형 응집물(agglomerate) 또는 괴상(aggrogate)의 형태로 존재하기 때문이며; 이들은 또한 이후 본원에서 "2차 입자"로 지칭될 것이다. 1차 입자 내 및 2차 입자 내, 즉 상기 1차 입자들 사이에는, 특별히 작은 공동 및 기공들, 즉 소위 중간-기공들이 나노미터 범위로 존재하는 반면, 더욱 큰 공동 또는 기공들이 개별적 2차 입자들 사이에 형성된다.
In the soot bodies obtained in this manner, it has been found that they particularly advantageously exhibit anisotropic mass distributions with a hierarchical pore structure due to the manufacturing process. The reason is that gaseous deposition creates primary particles of the mold material in the reaction zone with a particle size in the nanometer range that agglomerates in their way to the deposition surface and forms spherical aggregates in the form of agglomerates or aggrogates; These will also be referred to hereinafter as "secondary particles ". Particularly small cavities and pores, i.e. so-called mid-pores, are present in the nanometer range, within the primary particles and within the secondary particles, i.e. between the primary particles, while larger cavities or pores are present in the individual secondary particles Respectively.

이들로부터 분쇄 또는 연마에 의해 수득된 주형 입자들은 또한 주형 재료에서 미리 결정된 올리고모덜(oligomodal) 기공 크기 분포를 갖는 계층적 구조를 나타낸다.
The mold particles obtained by grinding or polishing from these also exhibit a hierarchical structure with a predetermined oligomodal pore size distribution in the mold material.

검댕 침적 방법에서, 주형 재료는 또한 과립화, 가압, 슬러리 또는 소성 공정에서 후속적으로 주형 입자로 추가 가공되는 검댕 분말의 형태로 제조될 수 있다. 과립 또는 플레이크는 중간체 생성물로서 언급되어야 한다.
In the soot deposition method, the mold material can also be prepared in the form of black powder which is further processed into the mold particles subsequently in granulation, pressing, slurry or firing process. Granules or flakes should be referred to as intermediate products.

검댕 침적에 의해 생성되는 주형 재료의 층은 거의 노력없이 분절화될 수 있으며, 이로 인해 소판- 또는 플레이크-유사 형태를 갖는 주형 입자들이 생성된다.
The layer of the mold material produced by the soot deposition can be segmented with little effort, thereby producing mold particles with platelet- or flake-like morphology.

비-구형 형태에 의해 구별되는 이러한 주형 입자들은 특히 본 발명에 따른 방법에 사용하는 데 유리하다.
Such mold particles, which are distinguished by a non-spherical shape, are particularly advantageous for use in the process according to the invention.

그 이유는, 구형 형태를 갖는 입자들, 즉 공 형상 또는 대략적으로 공 형상의 형태를 갖는 입자들이 그의 부피에 비해 작은 표면을 갖기 때문이다. 대조적으로, 비-구형 형태를 갖는 입자들은 표면 대 부피의 더욱 큰 비율을 나타내며, 이는 전구체 물질로의 침투를 간소화시키고 평준화시킨다.
The reason for this is that particles having a spherical shape, that is, particles having the shape of a ball or a roughly spherical shape, have a smaller surface area than their volume. In contrast, particles having a non-spherical morphology exhibit a greater ratio of surface to volume, which simplifies and level the penetration into the precursor material.

이 관점에서, 적어도 5, 바람직하게는 적어도 10의 구조 비율(structure ratio)을 갖는 소판- 또는 막대-형상인 주형 입자들이 특히 유리한 것으로 드러났다.
From this point of view, mold particles in the form of platelet- or rod-shaped particles having a structure ratio of at least 5, preferably at least 10, have been found to be particularly advantageous.

여기서, "구조 비율"은 입자의 최대 구조 폭 대 그의 두께의 비율로서 이해된다. 결론적으로, 적어도 5의 구조 비율은 입자의 최대 구조 폭이 그의 두께보다 적어도 5배 크다는 것을 의미한다. 이러한 입자들은 실질적으로 소판- 또는 막대-형상 형태를 가지며, 충전되는 부피의 두께가 상대적으로 작기 때문에 용융 전구체 물질의 침투이 상대적으로 신속하게 발생함으로써 2개의 실질적으로 평행-연장 큰 표면들에 의해 구별된다.
Here, "structure ratio" is understood as a ratio of the maximum structural width of the particles to its thickness. Consequently, a structural ratio of at least 5 means that the maximum structural width of the particles is at least five times greater than its thickness. These particles have a substantially platelet- or rod-shaped morphology and are distinguished by two substantially parallel-extending large surfaces by the relatively rapid formation of molten precursor material because of the relatively small thickness of the volume to be filled .

주형 입자들의 두께가 더욱 작아짐에 따라, 용융 전구체 물질을 사용하는 침투은 더욱 간소화되고 더욱 균일하게 된다. 이 관점에서, 주형 입자들이 10 μm 내지 500 μm, 바람직하게는 20 μm 내지 100 μm, 특히 바람직하게는 50 μm 미만의 중간 두께(mean thickness)를 갖는 것이 유리한 것으로 드러났다.
As the thickness of the mold particles becomes smaller, the penetration using the melt precursor material is further simplified and becomes more uniform. From this point of view, it has been found advantageous that the mold particles have a mean thickness of between 10 μm and 500 μm, preferably between 20 μm and 100 μm, particularly preferably less than 50 μm.

10 μm 미만의 두께를 갖는 주형 입자들은 작은 기계적 강도를 갖고, 두드러진 계층적 기공 구조의 형성을 악화시킨다. 500 μm 초과의 두께에서는, 용융 전구체 물질로의 균일한 침투를 보장하기가 더욱더 어려워진다.
Mold particles with a thickness of less than 10 μm have small mechanical strength and deteriorate the formation of noticeable hierarchical pore structures. At thicknesses of greater than 500 [mu] m, it becomes increasingly difficult to ensure uniform penetration into the melt precursor material.

주형 재료 및 전구체 재료로부터의 입자들의 균일한 혼합은 전구체 물질 입자들이 구형으로 제조되고 50 μm 미만, 바람직하게는 20 μm 미만의 중간 입자 크기를 갖는 경우에 촉진된다.
Uniform mixing of the particles from the mold material and the precursor material is facilitated when the precursor material particles are made spherically and have a median particle size of less than 50 [mu] m, preferably less than 20 [mu] m.

입자들의 구형 형성으로 인해, 주형 재료로부터의 비-구형 입자들의 혼합이 개선된다. 이는 또한 전구체 물질로부터의 입자들이 전구체 물질의 입자들보다 약간 더 작은 경우에 지지된다. 그러나, 1 μm 미만의 입자 크기는 더스트를 발생시키는(dusty) 경향을 가지며 바람직하지 못하다.
Due to the spherical formation of the particles, the mixing of the non-spherical particles from the mold material is improved. It is also supported when the particles from the precursor material are slightly smaller than the particles of the precursor material. However, particle sizes of less than 1 μm tend to be dusty and are undesirable.

기공들의 충전 정도는 전구체 물질과 주형 재료의 혼합비에 의해 설정된다. 바람직하게는, 전구체 물질 입자들 및 주형 입자들은 0.05 내지 1.6의 부피비, 바람직하게는 0.1 내지 0.8의 부피비로 상호혼합된다.
The degree of filling of the pores is set by the mixing ratio of the precursor material and the molding material. Preferably, the precursor material particles and the mold particles are intermixed at a volume ratio of 0.05 to 1.6, preferably 0.1 to 0.8.

0.05의 혼합비에서, 주형 재료의 내부 표면은 단지 탄소의 스폰지-유사 웹이 수득되도록 오직 작은 두께의 하나의 층으로 덮여진다. 따라서, 더 작은 혼합비들은 바람직하지 못하다. 대조적으로, 1.6의 혼합비에서는, 주형 재료의 최초 기공 비율에 의존하여 실질적으로 충전된 기공 구조가 수득된다.
0.05, the inner surface of the mold material is covered with one layer of only a small thickness so as to obtain a sponge-like web of carbon only. Therefore, smaller mixing ratios are undesirable. In contrast, at a mixing ratio of 1.6, a substantially filled pore structure is obtained depending on the initial porosity of the casting material.

바람직하게는, 주형 재료는 SiO2이다.
Preferably, the mold material is SiO 2.

합성 SiO2는 값싼 출발 물질을 사용하여 검댕 침적 방법들에 의해 산업적 규모로 비교적 낮은 비용으로 제조될 수 있다. SiO2 주형은 하소 도중 고온을 견딘다. 온도의 상한선은 SiC로의 SiO2와 탄소의 반응 시작에 의해 미리 결정된다(약 1000℃에서). 방법 단계(e)에 따른 합성 SiO2의 형태인 주형 재료의 제거는 화학적 해리에 의해 일어난다.
Synthetic < RTI ID = 0.0 > SiO2 < / RTI > can be produced at relatively low cost on an industrial scale by soot deposition methods using inexpensive starting materials. SiO 2 Molds withstand high temperatures during calcination. The upper limit of the temperature is previously determined by means of SiO 2 and the beginning of the reaction of carbon to SiC (at about 1000 ℃). Removal of the mold material in the form of synthetic SiO 2 according to method step (e) takes place by chemical dissociation.

바람직하게는, 탄소 전구체 물질로서 피치(pitch)가 적합하다.
Preferably, the pitch is suitable as the carbon precursor material.

피치, 특히 "메소상 피치"는 규칙적인(ordered) 액정 구조를 갖는 탄소질 재료(carbonaceous material)이다. 탄화 후, 탄소 구조의 기공들 내로 침투된 피치 용융은 코어/쉘 복합체의 쉘을 형성하는 탄소의 흑연-유사 침적을 초래하며, 이로 인해 층들의 스택들 사이의 공동을 막히게 하지 않고서 탄소 구조의 미세기공들을 폐쇄시킨다.
Pitch, in particular "mesophase pitch" is a carbonaceous material having an ordered liquid crystal structure. After carbonization, the pitch melting that penetrates into the pores of the carbon structure results in a graphite-like deposit of the carbon that forms the shell of the core / shell composite, thereby allowing the microstructure of the carbon structure Clog the pores.

대안적으로, 탄소 전구체 물질로서 탄수화물이 사용된다.
Alternatively, a carbohydrate is used as the carbon precursor material.

탄수화물, 특히 당, 예컨대 사카로스, 프럭토스 또는 글루코스는 비-흑연성 탄소 전구체 물질들이다.
Carbohydrates, particularly sugars, such as saccharose, fructose or glucose, are non-graphitic carbon precursor materials.

바람직하게는, 탄소 생성물은 다공성 입자들의 미세하게 분리된 탄소로 분리된다.
Preferably, the carbon product is separated into finely divided carbon of the porous particles.

본 발명에 따른 방법에서, 정상적으로는 모노리스(monolith)로서 또는 소판- 또는 플레이크-유사 형태를 가지며 더욱 작은 입자들로 쉽게 분리될 수 있는 탄소 생성물이 수득된다. 분리 후에 수득된 입자들은 주형의 구조로 인해 계층적 기공 구조를 갖고, 예컨대 표준 페이스트 또는 슬러리 방법들에 의해 형상화 몸체들 또는 층들로 추가 가공된다.
In the process according to the invention, a carbon product is obtained which normally has a monolith or a platelet- or flake-like morphology and can be easily separated into smaller particles. The particles obtained after separation have a hierarchical pore structure due to the structure of the mold and are further processed into shaped bodies or layers by, for example, standard paste or slurry methods.

탄소 생성물의 용도에 관하여, 전술된 목적은, 본 발명에 따른 다공성 탄소 생성물이 재충전 가능한 리튬 전지용 전극을 제조하는 데 사용되는 본 발명에 따라 달성된다.
With respect to the use of the carbon product, the above-mentioned object is achieved in accordance with the present invention in which the porous carbon product according to the present invention is used to produce an electrode for a rechargeable lithium battery.

재충전 가능한 리튬 전지용 전극들은 단일 재료로부터의 탄소 층들로 구성된 전극들 및 다수의 재료들로 구성된 복합체 전극 모두를 포함한다.
Electrodes for rechargeable lithium batteries include both electrodes composed of carbon layers from a single material and composite electrodes composed of multiple materials.

이후, 본 발명은 실시양태 및 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 상세하게는 다음과 같다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments and drawings. The details are as follows.

도 1은 SiO2 검댕 몸체를 제조하기 위한 장치의 개략적 도면이다.
도 2는, 계층적 기공 구조를 갖는, 본 발명의 방법에 따라 수득된 다공성 탄소 생성물의 제 1 실시양태의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 3은, 계층적 기공 구조를 갖는, 본 발명의 방법에 따라 수득된 다공성 탄소 생성물의 제 2 실시양태의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 4는 산소-함유 분위기에서 피치-침투된 주형의 가열 도중 열중량 분석(thermogravimetric analysis)에 관한 다이어그램을 나타낸다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic diagram of an apparatus for producing a SiO 2 soot body.
Figure 2 shows a SEM image of a first embodiment of a porous carbon product obtained according to the method of the present invention having a hierarchical pore structure.
Figure 3 shows a SEM image of a second embodiment of a porous carbon product obtained according to the method of the present invention having a hierarchical pore structure.
Figure 4 shows a diagram of a thermogravimetric analysis during heating of a pitch-infiltrated mold in an oxygen-containing atmosphere.

도 1에 제시된 장치는 SiO2 검댕 몸체를 제조하기 위해 제공된다. 일렬로 배열된 다수의 화염 가수분해 버너(2)는 알루미늄 산화물의 캐리어 튜브(1)를 따라 배치된다. 화염 가수분해 버너(2)는, 화살표(5 및 6)에 의해 개략적으로 제시되는 바와 같이, 종방향 축(4)을 기준으로 정지상으로 존재하는 2개의 선회(turning) 지점들 사이로 캐리어 튜브(1)의 종방향 축(4)과 평행하게 왕복하고 그에 대해 수직 방향으로 움직일 수 있는 조인트 버너 블록(3) 상에 장착된다. 버너(2)는 석영 유리로 이루어지며, 서로에 대한 그들의 거리는 15 cm이다.
The apparatus shown in Fig. 1 is provided for manufacturing a SiO 2 soot body. A plurality of flame hydrolysis burners (2) arranged in series are arranged along the carrier tube (1) of aluminum oxide. The flame hydrolysis burner 2 is connected to the carrier tube 1 between two turning points which are stationary with respect to the longitudinal axis 4, as schematically indicated by the arrows 5 and 6, And is mounted on a joint burner block 3 that can reciprocate parallel to and move in a direction perpendicular thereto. The burner 2 is made of quartz glass and their distance to each other is 15 cm.

화염 가수분해 버너(2)는 각각 버너 화염(7)에 대하여 그의 주요 진행(propagation) 방향이 캐리어 튜브(1)의 종방향 축(4)에 대해 수직인 방향으로 정렬되어 있다. 화염 가수분해 버너(2)의 도움으로, SiO2 입자는, 다공성 SiO2 블랭크(blank)(8)가 400 nm의 외부 직경으로 층-층으로 구축되도록, 그의 종방향 축(4)에 대해 회전하는 캐리어 튜브(1)의 실린더 재킷 표면 상에 침적된다. 개별적인 SiO2 검댕 층들은 평균 약 50 μm의 두께를 갖는다.
The flame hydrolysis burner 2 is arranged so that its main propagation direction with respect to the burner flame 7 is perpendicular to the longitudinal axis 4 of the carrier tube 1. With the aid of the flame hydrolysis burner 2, the SiO 2 particles are oriented such that the porous SiO 2 blank 8 is rotated about its longitudinal axis 4 so that it is built up as a layer- On the surface of the cylinder jacket of the carrier tube (1). The individual SiO 2 soot layers have an average thickness of about 50 μm.

화염 가수분해 버너(2)에는 각각 버너 기체로서 산소 및 수소가 공급되고 SiO2 입자의 형성을 위한 피드스톡으로서 SiCl4가 공급된다. 여기서, 버너 블록(3)은 2개의 버너 거리의 규모로 왕복된다(즉, 30 cm). 침적 공정 동안, 블랭크 표면(9) 상에 약 1200 ℃의 중간 온도가 설정된다.
The flame hydrolysis burner 2 is supplied with oxygen and hydrogen as burner gases and SiCl 4 as feedstock for the formation of SiO 2 particles, respectively. Here, the burner block 3 is reciprocated on the scale of two burner distances (i.e., 30 cm). During the deposition process, an intermediate temperature of about 1200 캜 is set on the blank surface 9.

침적 공정의 완료 후, 길이 3 m, 외부 직경 400 mm 및 내부 직경 50 mm를 갖는 다공성 SiO2 검댕의 튜브(검댕 튜브)가 수득된다. 검댕 몸체의 형성 도중의 온도는, 상기 SiO2 검댕 재료가 22 %의 낮은 상대 중간 밀도를 갖도록 상대적으로 낮게 유지된다(석영 유리 2.21 g/cm3의 밀도에 기초함).
After completion of the immersion process, a tube of porous SiO 2 soot (soot tube) having a length of 3 m, an outer diameter of 400 mm and an inner diameter of 50 mm is obtained. The temperature during the formation of the soot body is kept relatively low (based on a density of 2.21 g / cm 3 of quartz glass) such that the SiO 2 soot material has a low relative median density of 22%.

예비 시험Preliminary examination

(1) 제 1 시험에서, 메소상 피치를 질소 중의 콘테이너 내에서 300 ℃까지 가열하였으며, 이로 인해 점성 피치 조가 되었다. SiO2 검댕 몸체의 모노리식 샘플을 피치 조 내에 침지시키고, 30분 후에 다시 제거하였다. 용융 피치가 단지 1 mm 미만의 두께로 검댕 몸체 내로 관통하는 것으로 밝혀졌다.
(1) In the first test, the mesophase pitch was heated to 300 DEG C in a container in nitrogen, resulting in a viscous pitch coarse. A monolithic sample of SiO 2 soot bodies was immersed in the pitch bath and removed again after 30 minutes. It has been found that the melt pitch penetrates into the soot body only to a thickness of less than 1 mm.

(2) 그 다음, 피치 조의 온도를 400 ℃까지 상승시켰다. 이 온도에서 메소상 피치는 여전히 점성이다. 검댕 몸체 내의 침투 정도에서의 유의적 증가는 달성되지 않았다. 약 500 ℃의 온도에서, 피치는 현저하게 코킹하고(coke) 증발하기 시작한다.
(2) Then, the temperature of the pitch bath was raised to 400 캜. At this temperature the mesophase pitch is still viscous. Significant increase in degree of penetration in the soot body was not achieved. At a temperature of about 500 ° C, the pitch significantly begins to coke and evaporate.

제 1 1st 실시예Example

검댕 몸체의 샘플을 연마시켰다. 검댕 몸체가 층-층으로 구축되기 때문에, 다른 것의 최상부에 하나가 위치되어 있는 층들은, 높은 기계적 힘의 존재 하에서 연삭되는 경향을 나타내어서, 20 μm 내지 50 μm 범위의 두께를 갖는 소판- 또는 플레이크-유사 입자들이 수득되었다. 500 μm 내지 1,000 μm의 측부 길이를 갖는 입자 크기 부분을 추가 가공의 목적으로 체질에 의해 분리하였다. 최대 구조 폭(중간 값) 대 중간 두께의 비율은 약 20이다.
A sample of the soot body was polished. Since the soot body is built up as a layer-layer, the layers, one of which is located at the top of the other, show a tendency to be ground in the presence of high mechanical forces, so that a platelet or flake having a thickness in the range of 20 [ -Like particles were obtained. Particle size portions with side lengths from 500 [mu] m to 1,000 [mu] m were separated by sieving for further processing. The ratio of the maximum structural width (median) to the median thickness is about 20.

메소상 피치를 연마하고 체질함으로써, 5 μm 내지 20 μm의 입자 크기를 갖는 구형 입자들로 필수적으로 이루어진 피치 분말을 제조하였다.
The mesophase pitch was polished and sieved to produce a pitch powder essentially consisting of spherical particles having a particle size of from 5 μm to 20 μm.

피치 분말 및 검댕 몸체 입자들을 1.6:1의 부피비로 균일하게 상호혼합하고, 입자 혼합물을 300 ℃의 온도까지 가열하였다. 점성 피치는 작은 SiO2 검댕 몸체 입자를 둘러싸고 기공들 내로 관통한다. 피치 대 검댕-몸체 입자 부피의 비율은, 피치가 기공을 충전시키도록 선택되어서, 유의적인 자유 기공 부피가 더 이상 잔존하지 않으며 여기서 거의 완전하게 소모된다.
The pitch powder and soot body particles were homogeneously mixed with each other at a volume ratio of 1.6: 1, and the particle mixture was heated to a temperature of 300 캜. The viscous pitch surrounds the small SiO 2 soot body particles and penetrates into the pores. The ratio of pitch-to-soot-body particle volume is chosen so that the pitch fills the pores so that the significant free pore volume no longer remains, where it is almost completely consumed.

30분의 침투 기간 후, 온도를 700 ℃까지 상승시키며, 이로 인해 피치가 탄화된다. 다공성 복합체 덩어리가 비-구형 다공성 SiO2 입자들로부터 형성되며, 이는 흑연화 가능한 탄소의 층으로 외부 및 내부(즉, 기공들의 내벽)에 점유하고 있다.
After a 30 minute infiltration period, the temperature is raised to 700 ° C, which causes carbonization of the pitch. The porous composite mass is formed from non-spherical porous SiO 2 particles, which occupy both the exterior and interior (i. E., The inner walls of the pores) as a layer of graphitizable carbon.

복합체 덩어리가 불산 조 내로 유입되는 SiO2 검댕 몸체 입자들은 후속적으로 제거된다. SiO2 입자들이 에칭 제거된 후, 최초 SiO2 검댕 몸체 입자들의 네거티브 복제물(negative copy)(이후 본원에서, "역 주형(inverse template)"으로서도 또한 지칭됨)을 실질적으로 대변하는 구조를 갖는 다공성 탄소의 예비-생성물이 수득된다. 역 주형은 다수의 상대적으로 큰 기공 채널(거대기공)이 미세하게 균열된(fissured) 표면 구조를 통해 연장하는 계층적 기공 구조에 의해 구별된다.
The SiO 2 soot body particles into which the composite mass is introduced into the hydrofluoric acid bath are subsequently removed. Porous carbon having a structure that substantially represents a negative copy of the original SiO 2 soot body particles (hereinafter also referred to herein as an "inverse template") after the SiO 2 particles have been etched away Of the pre-product is obtained. The reverse mold is distinguished by a hierarchical pore structure that extends through a number of relatively large pore channels (macropores) through a finely fissured surface structure.

역 주형을 퍼징시키고, 건조시키고, 분절화시키며, 여기서 탄소 플레이크로 분해된다. 도 2에 따른 SEM 이미지는 여러 크기의 일관된 기공과 공동의 크기를 갖는 전술된 바와 같이 수득된 탄소 구조를 나타낸다. 더욱 큰 크기의 공동들은 채널의 방식으로 미세하게 균열된 표면을 통해 연장되어 있다. BET 방법에 따른 특정 내부 표면적의 측정에서는 약 25 m2/g의 측정 값들이 수득된다.
The reverse mold is purged, dried, segmented and decomposed into carbon flakes. The SEM image according to FIG. 2 shows the carbon structure obtained as described above with consistent pore sizes and cavity sizes of various sizes. Larger sized cavities extend through the finely cracked surface in the manner of the channels. Measurements of a specific internal surface area according to the BET method result in measurements of about 25 m 2 / g.

제 2 Second 실시예Example

실시예 1을 참조하여 기재된 바와 같이, SiO2 검댕 몸체 입자들 및 메소상 피치의 입자들을 제조하였다. 피치 분말 및 검댕 몸체 입자들을 0.4:1의 부피비로 서로 균일하게 혼합하고, 입자 혼합물을 300 ℃의 온도까지 가열하였다. 점성 피치는 작은 SiO2 검댕 몸체 입자들을 둘러싸고 기공들 내로 관통한다. 피치 대 검댕-몸체 입자의 비율은, 피치가 기공을 완전하게 충전시킬 수 없도록 선택되었다.
As described with reference to Example 1, it was prepared in the SiO 2 soot body particles and particles of a mesophase pitch. The pitch powder and the soot body particles were uniformly mixed with each other at a volume ratio of 0.4: 1, and the particle mixture was heated to a temperature of 300 캜. The viscous pitch surrounds small SiO 2 soot body particles and penetrates into the pores. The ratio of pitch to soot-body particles was chosen such that the pitch could not completely fill the pores.

실시예 1을 참조하여 설명된 바와 같이 침투 및 탄화 후, 다공성 복합체 덩어리가 비-구형 다공성 SiO2 검댕 몸체 입자들이 흑연화 가능한 탄소의 층으로 외부에 점유하고 내부에 부분적으로 점유하고 있다. 그 다음, SiO2 검댕 몸체 입자들은 하이드로플루오르산 중의 에칭에 의해 제거하여서, 그의 구조가 최초 검댕 몸체 입자들로부터 유도되고 얇은 벽을 갖는 미세 웹으로서 구조화되어 있는 다공성 탄소의 예비-생성물이 생성되지만, 그러나 다수의 상대적으로 큰 기공 채널이 달리 미세하게 균열된 표면 구조를 통해 연장된다.
After infiltration and carbonization, as described with reference to Example 1, the porous composite mass is occupied externally and partially occupied by the non-spherical porous SiO 2 soot body particles as a layer of graphitizable carbon. The SiO 2 soot body particles are then removed by etching in hydrofluoric acid to produce a pre-product of the porous carbon whose structure is derived from the initial soot body particles and structured as a thin web with thin walls, However, a large number of relatively large pore channels elongate through otherwise slightly crushed surface structures.

탄소 생성물은 탄소 플레이크로 쉽게 분해된다. 도 3에 따른 SEM 이미지는 그의 구조를 제시한다. 일관된 기공들과 공동들의 크기는 채널의 방식으로 미세하게 균열된 표면을 통해 연장되어 있다. BET 방법에 따른 특정 내부 표면적의 측정에서는 약 50 m2/g의 측정 값들이 수득되었다.
Carbon products are easily decomposed into carbon flakes. The SEM image according to Fig. 3 shows its structure. The size of the coherent pores and cavities extends through the finely cracked surface in the manner of the channel. Measurements of a specific internal surface area according to the BET method yielded measurements of about 50 m 2 / g.

도 4는, 탄화 전에 실시예 1에 따라 피치-함침된 검댕-몸체 입자 덩어리의 샘플의 처리 도중 (DIN 51005 및 DIN 51006에 따른) 열중량 분석(thermogravimetric analysis)의 결과를 제시한다. 샘플을 순수한 아르곤 내에서 가열하며, 여기서 중량 손실을 측정한다. 초기 중량에 기초한 중량 손실 ΔG(%)를 y-축 상에 플로팅하고, 처리 온도 T(℃)를 x-축 상에 플로팅한다.
Figure 4 presents the results of a thermogravimetric analysis (according to DIN 51005 and DIN 51006) during the processing of a sample of pitch-impregnated soot-body particle agglomerates according to Example 1 before carbonization. The sample is heated in pure argon, where the weight loss is measured. The weight loss? G (%) based on the initial weight is plotted on the y-axis, and the process temperature T (占 폚) is plotted on the x-axis.

따라서, 약 300 ℃의 온도로부터 출발하여, 활성 탄소 중심들의 연소 및 후속적인 탄화에 기인할 수 있는 제 1 중량 감소가 관찰된다. 약 600 ℃의 온도까지, 중량 감소는 4.4 %이며, 이어서 순수한 탄소 층의 중량에 해당하는 포화도에서 종결된다.
Therefore, starting from a temperature of about 300 ° C, a first weight loss is observed which can be attributed to the combustion of the activated carbon centers and subsequent carbonization. To a temperature of about 600 ° C, the weight loss is 4.4%, followed by a saturation degree corresponding to the weight of the pure carbon layer.

본 발명의 방법에 따라 수득된 탄소 플레이크는 계층적 구조를 갖는 다공성 탄소로 이루어진다. 이들은 재충전 가능한 리튬 전지들의 전극 층들을 제조하는 데 특히 적합하며, 특히는 복합체 전극들에 대해 적합하다.
The carbon flakes obtained according to the process of the present invention are composed of porous carbon having a hierarchical structure. They are particularly suitable for producing electrode layers of rechargeable lithium batteries, and are particularly suitable for composite electrodes.

Claims (17)

(a) 상호연결된 기공들을 포함하는 무기 주형 재료의 주형을 제공하는 단계;
(b) 탄소를 위한 전구체 물질을 제공하는 단계;
(c) 상기 전구체 물질로 상기 주형의 기공들을 침투시키는 단계;
(d) 상기 전구체 물질을 탄화시키는 단계;
(e) 상기 주형을 제거하여 다공성 탄소 생성물을 형성시키는 단계를 포함하되,
가융성 재료의 전구체 물질 입자들 및 주형 입자들을 제공하고, 상기 입자들로부터 분말 혼합물을 형성하며,
상기 주형 입자들의 기공들 내로 전구체 물질 용융물이 관통하는 방식으로, 단계 (d)에 따른 탄화 전 또는 그 도중에 상기 분말 혼합물을 가열하며,
여기서 상기 주형 입자들을 제공하는 것이,
피드스톡(feedstock) 재료가 가수분해 또는 동결분해에 의해 주형 재료 입자들로 전환되고, 상기 입자들이 상기 주형 재료로부터 검댕 몸체(soot body)를 형성하면서 침적 표면 상에 침적되며, 상기 검댕 몸체가 주형 입자들로 분절화되는 검댕 침적 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 탄소 생성물의 제조방법.
(a) providing a template of an inorganic mold material comprising interconnected pores;
(b) providing a precursor material for carbon;
(c) infiltrating the pores of the template with the precursor material;
(d) carbonizing the precursor material;
(e) removing the template to form a porous carbon product,
Providing precursor material particles and mold particles of a fusible material, forming a powder mixture from the particles,
Heating the powder mixture before or during carbonization according to step (d) in such a way that the melt of the precursor material penetrates into the pores of the mold particles,
Wherein providing the mold particles comprises:
Wherein the feedstock material is converted into the mold material particles by hydrolysis or freeze decomposition and the particles are deposited on the deposit surface while forming a soot body from the mold material, Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the porous carbon product is segmented into particles.
제 1 항에 있어서,
상기 주형 입자들이 비-구형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the mold particles have a non-spherical shape.
제 2 항에 있어서,
상기 주형 입자들이 적어도 5의 구조 비율(structure ratio)을 갖는 소판- 또는 막대-형상인 것을 특징으로 하는 방법.
3. The method of claim 2,
Characterized in that the mold particles are platelet- or rod-shaped with a structure ratio of at least 5. < Desc / Clms Page number 13 >
제 2 항에 있어서,
상기 주형 입자들이 적어도 10의 구조 비율을 갖는 소판- 또는 막대-형상인 것을 특징으로 하는 방법.
3. The method of claim 2,
Characterized in that the mold particles are platelet- or rod-shaped with a structural ratio of at least 10.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주형 입자들이 10 μm 내지 500 μm의 중간 두께(mean thickness)를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized in that the template particles have a mean thickness of 10 [mu] m to 500 [mu] m.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주형 입자들이 20 μm 내지 100 μm의 중간 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized in that the template particles have an intermediate thickness of 20 [mu] m to 100 [mu] m.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주형 입자들이 500 μm 미만의 중간 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the template particles have an intermediate thickness of less than 500 [mu] m.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전구체 물질 입자들이 구형으로 제조되고 50 μm 미만의 중간 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the precursor material particles are made spherically and have a median particle size of less than 50 [mu] m.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전구체 물질 입자들이 구형으로 제조되고 20 μm 미만의 중간 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the precursor material particles are made spherically and have a median particle size of less than 20 [mu] m.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전구체 물질 입자들 및 주형 입자들이 0.05 내지 1.6의 부피비로 상호혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the precursor material particles and the template particles are intermixed at a volume ratio of 0.05 to 1.6.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전구체 물질 입자들 및 주형 입자들이 0.1 내지 0.8의 부피비로 상호혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the precursor material particles and the template particles are intermixed in a volume ratio of 0.1 to 0.8.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주형 재료가 SiO2인 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein said molding material is characterized in that the SiO 2.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄소를 위한 전구체 물질 물질로서 피치(pitch)를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein a pitch is used as the precursor material material for the carbon.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄소를 위한 전구체 물질로서 탄수화물을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the carbohydrate is used as the precursor material for the carbon.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄소 생성물을 다공성 입자들의 미세하게 분리된 탄소로 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.

5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized in that the carbon product is separated into finely divided carbon of porous particles.

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