KR102287534B1 - 이차전지 음극활물질 복합소재, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

이차전지 음극활물질 복합소재, 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지 음극활물질 복합소재는, 다수의 포어(pore)를 포함하는 흑연; 상기 흑연의 포어 내에 삽입된 실리콘; 및 상기 흑연 상에 코팅된 코팅재를 포함한다.

Description

이차전지 음극활물질 복합소재, 및 이의 제조 방법{Composite material for anode active material of lithium secondary battery, and manufacturing method of the composite material}
본 발명은 이차전지 음극활물질 복합소재, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
화석 에너지 연료 사용으로 인한 세계 기후 변화 문제를 해결하기 위해 리튬 이온 배터리 (Lithium ion battery, LIB)가 장착된 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 및 에너지 저장 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 기존의 LIB의 성능은 높은 에너지 및 전력 밀도, 긴 사이클 수명, 저렴한 비용 및 안정성 등을 포함한 고성능 전원의 요구 사항을 충족할 수 없다. 더 긴 수명과 더 가벼운 배터리, 빠른 충전에 대한 시장 수요를 충족시키려면 LIB의 에너지 밀도를 지속적으로 증가시켜야한다. LIB는 양극, 음극, 분리막 전해질로 이루어져 있으며 그 중 음극으로는 탄소계 물질이 주로 사용된다. 따라서, 현재의 탄소계 물질을 대체하기 위해 고용량 음극소재를 개발하는 것이 필요하다.
흑연은 가장 널리 상용화되어 있는 음극 소재다. 그러나 제한된 이론적 용량 (372 mAh·g- 1)은 여전히 증가하는 요구를 충족시키는데 필요한 에너지 밀도 및 성능에 미치지 못하고 있다. 특히 높은 충전 전류에서, 흑연 음극의 큰 분극 현상은 흑연 전위를 금속성 Li+ 침착시킨다. 증착된 Li+은 전기적으로 절연되고 전해질과 반응하여 내부 저항을 증사시키고 에너지 밀도를 감소시킨다. 일반적으로 흑연 전극은 Li+ 증착을 겪어 빠른 용량 쇠퇴를 야기하는 것으로 알려져 있다. 낮은 작동 전압에서 높은 Li+ 저장 용량을 가진 고성능 음극 소재의 개발은 이러한 한계를 극복하기 위하여 오랫동안 추구되어왔다.
현재까지 실리콘, 주석 및 게르마늄과 같은 소재들이 흑연을 대체하기 위해 제안되었으며, 그 중 실리콘은 높은 이론적 용량(ca. 145 ℃에서 Li22Si5 형태로 4200 mAh·g-1; 상온에서 Li15Si4 형태로 3579 mAh·g-1), 낮은 방전 전위(~ 0.2 V versus Li/Li+), 환경 친화성 등의 이유로 가장 매력적인 음극 소재로 간주되었다. 하지만 충·방전 과정에서 빠른 부피 변화(> 300 %)와 열 전도율(~ 10-4 S·m-1), 불안정한 고체 전해질 계면(Solid electrolyte interphase, SEI) 층으로 인해 전극의 구조적인 붕괴와 높은 전하 전달 저항이 발생하여 낮은 사이클 수명을 가진다. 또한 실리콘의 전극 팽창은 전해질을 압착하여 Li+의 이동을 저하시키며 안전성의 문제를 야기한다.
최근에 흑연 및 실리콘의 복합소재는 높은 에너지 밀도 및 부피 팽창 완화할 수 있어 시너지 효과를 낼 수 있다고 보고되고 있고 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명은 고용량, 고출력 및 장기 사이클 안정성 등을 가지는 고성능의 음극소재를 제공하고자 한다. 구체적으로, 본 발명은 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하여 용량 및 안정성이 우수한 리튬 이온 배터리용 음극소재로 적용하고자 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서,
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지 음극활물질 복합소재는, 다수의 포어(pore)를 포함하는 흑연; 상기 흑연의 포어 내에 삽입된 실리콘; 및 상기 흑연 상에 코팅된 코팅재를 포함한다.
상기 흑연의 포어는 100 nm 내지 1000 nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 흑연의 포어는 금속 에칭 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법은 흑연의 표면을 에칭하는 단계; 상기 흑연의 포어 내에 실리콘을 형성하여 흑연-실리콘 복합소재를 제조하는 단계; 및 상기 흑연-실리콘 복합소재 상에 피치를 코팅하여 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 에칭하는 단계에서는, 니켈 화합물을 이용하여 500 ℃내지 1000 ℃의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 에칭하는 단계에서, 상기 흑연에 100 nm 내지 1000 nm의 직경의 포어가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 흑연-실리콘 복합소재를 제조하는 단계에서, 상기 실리콘은 100 nm 내지 1000 nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하는 단계에서는, 헥세인, 톨루엔, 테트라하이드로푸란 및 퀴놀린으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 유기용매를 이용하여 5 중량비 내지 15 중량비의 석유계 피치를 분산시킨 후, 상기 흑연-실리콘 복합소재를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 흑연을 에칭함으로써 비표면적 증가시키고, 고용량 실리콘을 코팅함으로써 전기화학적 용량 개선을 확인하였다. 또한 높은 초기 효율 및 안정된 사이클 성능을 발현하기 위하여 피치를 코팅함으로써 최종적으로 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하였다.
본 발명은 나노 실리콘을 흑연 표면에 잘 부착하기 위하여 금속을 이용하여 흑연 표면을 에칭한 후 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하여 용량 및 안정성이 우수한 리튬 이온 배터리용 음극소재를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 복합소재는 다양한 열처리 공정을 통하여 우수한 이차전지 음극소재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흑연-실리콘-피치 복합소재의 제조 공정 모식도이다.
도 2는 실시예들에서 니켈로 에칭된 흑연의 SEM 분석 결과이다.
도 3은 실시예들에서 흑연-실리콘-피치 복합소재의 SEM 분석 결과이다.
도 4는 실시예들에서 흑연-실리콘-피치 복합소재의 XRD 분석 결과이다
도 5는 실시예들에서 흑연-실리콘-피치 복합소재의 TGA 분석 결과이다.
도 6은 실시예들에서 조성비에 따른 흑연-실리콘-피치 복합소재의 속도 특성 분석 결과이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 리튬 이온 전지의 음극재로서 용량 및 안정성이 증대된 이차전지 음극활물질 복합소재에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지 음극활물질 복합소재는, 흑연-실리콘-피치 복합소재일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 복합소재는, 다수의 포어(pore)를 포함하는 흑연, 흑연의 포어 내에 삽입된 실리콘 및 이를 코팅하는 코팅재를 포함할 수 있다.
흑연은 천연흑연, 인조흑연, 소프트카본 및 하드카본으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는, 흑연은 인조흑연일 수 있다. 흑연의 입경은 10 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다.
이러한 흑연의 표면에 다수의 포어가 형성되고, 흑연의 포어는 100 nm 내지 1000 nm의 직경을 가질 수 있다. 이러한 흑연의 포어는 흑연의 표면을 금속 에칭함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 흑연의 포어는 흑연의 표면을 니켈 화합물을 이용하여 열처리하고 산처리함으로써 형성될 수 있다.
이러한 흑연의 포어 내에 실리콘이 삽입될 수 있다. 실리콘은 100 nm 내지 1000 nm의 직경을 가질 수 있다. 실리콘은 전체 중량비 대비 10 내지 30 중량비로 포함될 수 있다.
코팅재는, 흑연-실리콘 복합소재를 코팅할 수 있다. 코팅재는, 석유계 피치(Pyrolysis Fuel Oil Pitch), 석탄계 피치(Coal Tar Pitch) 및 코크스(Cokes) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 코팅재는 전체 중량비 대비 5 내지 15 중량비로 포함될 수 있다. 코팅재가 코크스일 경우, 흑연의 이론 용량보다 높은 용량을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 작은 결정 크기 및 코크스의 넓은 층 거리에 의해 Li 이온이 빠르게 확산되기 때문에 급속 충·방전이 가능하다. 또한, 석탄계 피치 또는 석유계 피치 등 피치를 사용하여 코팅한 경우에는 표면적이 감소하기 때문에 피치로 추출된 탄소로 코팅된 흑연은 더 적은 비가역성 용량과 비교적 큰 쿨롱 효율을 보인다.
따라서 바람직하게는, 코팅재는 석유계 피치일 수 있다. 이때, 석유계 피치는 연화점 150 ℃ 내지 250 ℃일 수 있다. 예를 들면, 석유계 피치는 150 ℃, 200 ℃ 및 250 ℃의 연화점을 가질 수 있다. 본 발명은, 다양한 연화점의 석유계 피치로 흑연-실리콘 복합소재의 표면을 코팅하여 용량 및 안정성이 우수한 리튬 이온 배터리용 음극활물질 복합소재를 제조할 수 있다. 또한, 이러한 복합소재는 다양한 열처리 공정을 통하여 우수한 이차전지 음극소재를 제조할 수 있다.
본 발명의 복합소재는 흑연, 실리콘 및 피치의 다양한 조성비에 따라 이차전지 음극소재로써의 우수한 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 흑연, 실리콘, 피치의 비율은 10 : 1 : 1 내지 10 : 9 : 9일 수 있다. 이러한 조성비를 통해 고용량, 고출력 및 장기 사이클 안정성 등을 가지는 이차전지 음극소재를 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법을 설명한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법은, 흑연의 표면을 에칭하는 단계; 흑연의 포어 내에 실리콘을 형성하여 흑연-실리콘 복합소재를 제조하는 단계; 및 흑연-실리콘 복합소재 상에 피치를 코팅하여 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
흑연의 표면을 에칭하는 단계에서는, 흑연을 니켈 화합물을 이용하여 500 ℃내지 1000 ℃의 온도에서 열처리할 수 있다. 열처리를 통해 흑연의 표면에 니켈 화합물 입자가 형성될 수 있다. 이후 산처리 과정을 통해 흑연 표면을 에칭함으로써 구형의 포어가 형성될 수 있다. 이때, 열처리 유지 시간을 조절함으로써 포어 크기를 조절할 수 있다. 예를 들면, 열처리 유지 시간은 1 시간 내지 5 시간일 수 있다.
다음으로, 흑연-실리콘 복합소재를 제조하는 단계에서는, 흑연의 포어 내에 실리콘을 삽입할 수 있다. 실리콘은 100 nm 내지 1000 nm의 직경을 가질 수 있다. 또한, 실리콘은 전제 중량비 대비 10 내지 30 중량비로 포함될 수 있다. 본 발명은 실리콘과 흑연을 PVP, APTES 등과 같은 양친매성 물질로 표면 처리 하지 않고, 에칭된 흑연을 활용함을 특징으로 한다.
흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하는 단계에서는, 먼저 헥세인, 톨루엔, 테트라하이드로푸란 및 퀴놀린으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 유기용매를 이용하여 석유계　피치를 Ultrasonic cleaner를 이용하여 분산시킬 수 있다. 바람직하게는, 테트라하이드로푸란을 이용하여 석유계 피치를 분산 및 용해할 수 있다. 이후 분산 및 용해된 석유계 피치를 흑연-실리콘 복합소재의 표면에 코팅할 수 있다. 코팅재는 전체 중량비 대비 5 중량비 내지 15 중량비로 포함될 수 있다.
한편, 코팅을 위한 피치는 석유계 잔사유를 300 ℃ 이상에서 1 시간 내지 5 시간 열처리하여 탄소 전구체를 제조하여 준비할 수 있다. 석유계 피치를 준비하는 단계에서는, 석유계 피치의 연화점을 달리하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 150 ℃ 내지 250 ℃의 연화점을 가지는 석유계 피치를 준비할 수 있다. 석유계 잔사유는 납사 크래킹 공정 잔사유인 PFO(Pyrolysis Fuel Oil) 및 유동층 촉매 분해공정 잔사유인 FCC-DO(Fluidized Catalytic Cracking Decant Oil) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지 음극의 제조 방법은, 상기 방법으로 제조된 이차전지 음극활물질 복합소재와 바인더 및 도전재가 혼합된 음극제조용 슬러리를 집전체 상에 적용하고, 압연하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 바인더는 유기계 바인더 또는 수계 바인더일 수 있다. 예를 들면, 전극제조를 위한 바인더는 CMC(Carboxymethyl cellulose, MTI KOREA) 또는 SBR(Styrene-butadiene rubber, MTI KOREA)일 수 있다. 도전재는 Super P일 수 있다. 또한, 상기 슬러리는 용매를 이용하여 점도를 조절할 수 있다. 전해액은 LiPF6 염을 EC : DMC : EMC (1 : 1 : 1 vol%) 용매에 녹여 사용할 수 있다.
예를 들면, 전극은 활물질, 도전재(Super P)와 바인더(PVdF)를 85 : 10 : 5의 중량비로 하여 NMP로 점도를 조절하여 슬러리를 제조한 후, 구리 호일에 코팅하여 전극을 제조한 후 80 ℃ 오븐에서 12시간 건조할 수 있다. 코팅된 전극은 80%의 압연 과정을 거친 후 24시간 동안 진공 건조할 수 있다. 아르곤 분위기의 글로브 박스 안에서 Li metal을 상대전극으로 하여 코인 셀을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예들에서는 이차전지 음극재로써 금속 에칭된 흑연을 활용하여 흑연-실리콘-피치 복합소재의 전기화학적 성능을 테스트 하였으며, 흑연, 실리콘, 피치의 조성 비율에 따라 특성을 조사하였다. 구체적인 실시예들 및 실험예들은 다음과 같다.
실시예 1
준비된 Nickel chloride hexahydrate (Sigma Aldrich) 0.15 g을 증류수에 용해시키고, 구형 인조 흑연(19~23 ㎛, MTI KOREA) 1.35 g을 Ultrasonication을 활용하여 분산시켰다. 이 용액을 120 ℃ 오븐에서 진공 건조 시켜 완전히 수분을 제거하고, 아르곤 가스 분위기 하에서 500 ℃에서 20분, 1000 ℃에서 1시간 동안 열처리하여 나노 사이즈의 니켈을 형성하였다. 표면에 니켈이 형성된 흑연을 HCl로 8시간 동안 500 rpm으로 상온에서 교반하여 에칭 하였다. 최종적으로 PH 7까지 수세하였으며, 24시간동안 진공 건조하여 표면이 에칭된 흑연을 제조하였다.
위에서 제조된 표면에 구형의 pore가 형성된 흑연 0.8 g을 증류수에 10분 동안 분산시키고, 실리콘 (100 nm, Alfa Aesar) 0.1 g도 분산시켜 Hotplate Stirrer를 이용하여 24 시간 250 rpm 교반하였다. 120 ℃ 오븐에서 증류수를 증발시켜 고체의 흑연-실리콘 복합소재를 준비하였다.
석유계 피치(SP 250 ℃, 0.1 g)를 테트라하이드로푸란(OCI Company, 99.5%) 용매에 Ultrasonic cleaner (60 Hz, 100W, JEIO TECH, Korea)를 이용하여 10 분 동안 분산 및 용해시켰다. 준비된 흑연-실리콘 복합소재 0.9 g을 첨가한 후 또 다시 Ultrasonic cleaner를 이용하여 30분 동안 균일하게 분산시켰다. Hotplate Stirrer(DAIHAN Scientific Company)를 이용하여 24시간 200 rpm으로 교반한 후 증발시켜 고체 혼합물 전구체를 제조하였다. 제조된 소재는 아르곤 가스 분위기 하에서 500 ℃에서 30분, 1000 ℃에서 1시간 두 단계의 소성 단계를 거쳐 코팅된 인조 흑연을 만들었다.
전극 제조시에는 CMC과 SBR를 사용하였으며, 1.6±0.1 g·cm3의 전극 밀도를 설정하였다. 25 μm 두께의 분리막 trilayer membrane (Celgard 2400, Celgard, LLC, Charlotte, NC, USA)과 Coin cell 2032 type을 사용하여 전기화학적 분석을 하였다. 전해액은 LiPF6 염을 EC : DMC : EMC (1 : 1 : 1 vol%) 용매에 녹여 사용하였다.
실시예 2
표면에 구형의 pore가 형성된 흑연 0.6 g을 증류수에 10분 동안 분산시키고, 실리콘 0.2 g을 분산시켰다는 점과, 석유계 피치(SP 250 ℃, 0.2 g)를 준비하고, 흑연-실리콘 복합소재 0.8 g을 이용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 3
표면에 구형의 pore가 형성된 흑연 0.4 g을 증류수에 10분 동안 분산시키고, 실리콘 0.3 g을 분산시켰다는 점과, 석유계 피치(SP 250 ℃, 0.3 g)를 준비하고, 흑연-실리콘 복합소재 0.7 g을 이용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 1
준비된 Nickel chloride hexahydrate(0.15 g)을 증류수에 용해시키고, 흑연(1.35 g)을 Ultrasonication을 활용하여 분산시켰다. 이 용액을 120 ℃ 오븐에서 진공 건조 시켜 완전히 수분을 제거하고, 아르곤 가스 분위기 하에서 500 ℃에서 20분, 1000 ℃에서 3시간 동안 열처리하여 나노 사이즈 니켈을 형성하였다. 표면에 니켈이 형성된 흑연을 HCl로 8시간 동안 500 rpm으로 상온에서 교반하여 에칭하였다. 최종적으로 PH 7까지 수세하였으며, 24시간동안 진공 건조하여 표면이 에칭된 흑연을 제조하였다.
실험예 1: 니켈로 에칭된 흑연의 pore size 관찰
니켈로 에칭된 흑연의 물성을 확인하고자, Nickel chloride hexahydrate를 사용하여 흑연 표면을 에칭하였다. 먼저 500, 1000 ℃로 열처리하는 공정을 통하여 흑연 표면에 니켈을 formation시켰으며 산처리 과정을 거쳐 에칭하였다. 니켈 formation 과정 중 열처리 유지 시간에 따라 pore size을 조절하였으며 이를 확인하기 위하여 SEM 분석을 진행하였다.
그 결과, 도 2를 참고하면, 소성 유지 시간이 1 시간인 시료는 약 100 ㎚의 pore size을 나타내었으며, 3 시간인 경우에는 약 700 내지 800 ㎚의 pore size를 나타내었다. 또한 흑연 표면에 전체적으로 고르게 구형의 pore가 형성된 것이 관찰되었다.
실험예 2: 흑연-실리콘-피치 복합소재의 표면 특성관찰
흑연-실리콘-피치 복합소재의 표면 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예１, 2 및 3에 대한 SEM 분석을 진행하였다. 도 3을 참고하면, 실시예１(G8Si1P1), 2 (G6Si2P2) 및 3 (G4Si3P3) 모두 전체적으로 구형의 형태를 유지하고 있었으며, 니켈 에칭 과정에서 형성되었던 pore들이 실리콘 삽입 후 피치 코팅까지 진행되었을 때는 모두 사라진 것을 확인하였다.
실험예 3: 흑연-실리콘-피치 복합소재의 결정성 확인
흑연-실리콘-피치 복합소재의 다양한 조성에 따른 결정성을 확인하기 위하여 XRD 분석을 하였다. 도 4를 참고하면, 실리콘의 조성이 증가할수록 (111), (220), (311), (400), (331)의 피크가 커짐을 보였다.
실험예 4: 흑연-실리콘-피치 복합소재의 TGA 분석
다양한 조성의 흑연-실리콘-피치 복합소재의 TGA 분석한 결과, 도 5를 참고하면 실시예１ (G8Si1P1)의 경우 약 77%, 실시예 2 (G6Si2P2)의 경우 약 71%, 실시예 3 (G4Si3P3)의 경우 약 54 %의 중량 손실을 보였다. 약 830 ℃ 이후에서 TGA 곡선의 증가는 Sillicon의 산화로 인해 무게가 증가되어 나타난 것으로 보인다.
실험예 5: 흑연-실리콘-피치 복합소재의 속도 특성 분석
다양한 조성의 흑연-실리콘-피치 복합소재의 전기화학적 성능을 평가하기 위하여 속도 특성 테스트를 진행하였다. 도 6 및 하기 표 1을 참고하면, 니켈로 에칭된 흑연인 비교예 1은 초기 445 mAh/g의 용량을 보였으며 89 %의 초기 효율을 보였다. 흑연의 이론 용량이 372 mAh/g인 것을 고려하면 비표면적 제어를 통하여 120 %의 용량 증가를 보임을 확인하였다. 실시예 1 (G8Si1P1)에서는 685 mAh/g의 용량, 64 %의 초기 효율을 나타내었으며 실시예 2 (G6Si2P2)에서는 845 mAh/g의 용량, 70 %의 효율을 보였다. 실시예 3 (G4Si3P3)에서는 1051 mAh/g의 용량, 71 %의 효율을 나타내었다. 실리콘의 조성이 높아질수록 용량이 증가하고, 피치의 조성이 높아질수록 초기 효율이 증가함을 확인하였다. 고속 특성에서 2 C/0.1 C의 경우, 비교예 1은 77 %, 실시예 1은 91 %, 실시예 2는 87 %, 실시예 3은 49 %을 나타내었으며 5 C/0.1 C에서 비교예 1은 73%, 실시예 1은 87%, 실시예 2는 76%, 실시예 3은 36%의 결과를 보였다. 즉, 실시예 1의 경우 단시간 내 충전 효율이 매우 높음을 확인하였고, 실시예 2 및 3의 경우 초기 용량 및 초기 효율이 매우 우수함을 확인하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
초기 용량(mAh/g) 685 845 1051 445
초기 효율(%) 64 70 71 89
2 C/0.1 C 91 87 49 77
5 C/0.1 C 87 76 36 73
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 표면에만 다수의 포어(pore)를 포함하는 흑연;
    상기 흑연의 포어 내에 삽입된 실리콘; 및
    상기 흑연 상에 코팅된 코팅재를 포함하고,
    상기 코팅재는 연화점 150 ℃ 내지 250 ℃의 석유계 피치이고,
    상기 흑연, 실리콘 및 석유계 피치의 중량비는 8:1:1 또는 6:2:2 또는 4:3:3인 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흑연의 포어는 100 nm 내지 1000 nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흑연의 포어는 금속 에칭 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재.
  4. 흑연의 표면에만 포어를 형성하기 위해 흑연의 표면을 에칭하는 단계;
    상기 흑연의 포어 내에 실리콘을 형성하여 흑연-실리콘 복합소재를 제조하는 단계; 및
    상기 흑연-실리콘 복합소재 상에 연화점 150 ℃ 내지 250 ℃의 석유계 피치를 코팅하여 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 흑연, 실리콘 및 석유계 피치의 중량비는 8:1:1 또는 6:2:2 또는 4:3:3인 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에칭하는 단계에서는,
    니켈 화합물을 이용하여 500 ℃내지 1000 ℃의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 에칭하는 단계에서,
    상기 흑연에 100 nm 내지 1000 nm의 직경의 포어가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 흑연-실리콘 복합소재를 제조하는 단계에서,
    상기 실리콘은 100 nm 내지 1000 nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 흑연-실리콘-피치 복합소재를 제조하는 단계에서는,
    헥세인, 톨루엔, 테트라하이드로푸란 및 퀴놀린으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 유기용매를 이용하여 석유계 피치를 분산시킨 후, 상기 흑연-실리콘 복합소재를 코팅하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극활물질 복합소재의 제조 방법.
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