KR102651795B1 - Anode material for secondary battery and method for manufacturing the same anode material for secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지용 음극재에 있어서, 도전성 물질 분말, 및 플라즈마 표면 처리되어 있는 실리콘 분말을 포함하는 음극 활물질 분말, 상기 음극재의 도전성을 향상시키고, 상기 실리콘 분말의 팽창을 억제하기 위해 상기 실리콘 분말의 표면에 코팅되어 있는 단일벽 탄소나노튜브들 및 상기 음극 활물질 분말 및 상기 단일벽 탄소나노튜브들과 함께 바인더에 의하여 혼합되어 있는 다중벽 탄소나노튜브들을 포함하는 이차전지용 음극재를 제공한다.
따라서 단일벽 탄소나노튜브가 음극 활물질 중에서 일부 첨가되는 실리콘만을 둘러싸도록 해서 실리콘의 팽창을 억제함과 동시에 도전재 역할을 하기 때문에, 단일벽 탄소나노튜브의 사용량이 감소되므로 상용화가 가능할 만큼 비용이 절감되는 장점이 있다.The present invention relates to a negative electrode material for a secondary battery, a negative electrode active material powder containing a conductive material powder and a plasma surface-treated silicon powder, and the silicon powder to improve the conductivity of the negative electrode material and suppress expansion of the silicon powder. Provided is a negative electrode material for a secondary battery including single-walled carbon nanotubes coated on a surface and multi-walled carbon nanotubes mixed with the negative electrode active material powder and the single-walled carbon nanotubes by a binder.
Therefore, single-walled carbon nanotubes surround only the silicon that is partially added among the anode active materials, suppressing the expansion of silicon and acting as a conductive material at the same time. As a result, the amount of single-walled carbon nanotubes used is reduced, thereby reducing costs to the extent that commercialization is possible. There is an advantage to this.
Description
본 발명은 이차전지용 음극재 및 그 이차전지용 음극재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용량 증가를 위해 포함되는 실리콘 분말의 팽창을 억제하기 위해서 실리콘 분말의 표면에는 물성이 우수한 단일벽 탄소나노튜브를 코팅하거나, 음극재의 도전재로서는 단일벽 탄소나노튜브에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 다중벽 탄소나노튜브를 추가로 사용하여 구조적으로 안정하면서도 전기전도도를 증가시키고, 또한, 비용을 감소시킴으로써 상용화가 가능토록 한 이차전지용 음극재 및 그 이차전지용 음극재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode material for secondary batteries and a method of manufacturing the negative electrode material for secondary batteries. More specifically, in order to suppress expansion of the silicon powder included to increase capacity, a single-walled carbon nanotube with excellent physical properties is added to the surface of the silicon powder. Commercialization is possible by coating or additionally using multi-walled carbon nanotubes, which are relatively cheaper than single-walled carbon nanotubes, as a conductive material for the anode material, thereby increasing electrical conductivity while being structurally stable, and also reducing costs. It relates to a negative electrode material for secondary batteries and a method of manufacturing the negative electrode material for secondary batteries.
전기자동차의 보급·확산 속도가 빨라지면서 배터리(이차전지) 성능을 높이기 위한 소재 개발 경쟁도 뜨거워지고 있고, 특히 배터리를 구성하는 핵심 소재 중에서 수명과 충전 속도에 중요한 역할을 하는 음극재의 성능을 기존보다 끌어올리는 '실리콘 음극재'가 차세대 소재로 등장하면서 이를 위한 기술 개발과 상용화에도 탄력이 붙고 있다. 실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재의 단점을 극복하는 최적의 소재로 흑연에 비해 용량이 10배 이상 높아 음극재에서 흑연 대신 실리콘을 사용하면 이론상 에너지 밀도는 25% 향상, 충전 속도는 50% 개선 효과를 기대할 수 있는 것으로 알려져 있다.As the supply and spread of electric vehicles accelerates, the competition to develop materials to improve battery (secondary battery) performance is intensifying. In particular, among the core materials that make up batteries, the performance of anode materials, which play an important role in lifespan and charging speed, is improving more than before. As 'silicon anode material' emerges as a next-generation material, the development and commercialization of technology for it is gaining momentum. Silicon anode material is the optimal material that overcomes the shortcomings of existing graphite anode materials. Its capacity is more than 10 times higher than graphite, so using silicon instead of graphite in the anode material is expected to theoretically improve energy density by 25% and charging speed by 50%. It is known that it can be done.
하지만, 실리콘 음극재는 자체 저항이 높고, 리튬이온과 반응하여 부피가 약 4배 이상 팽창한다는 문제가 있어서 이로 인해 성능과 안정성 문제를 일으킬 수 있다. 즉, 충전과 방전을 반복하면서 부피가 팽창하면서 입자가 파괴되고, 깨진 표면을 따라 전해질 계면이 새로 형성되면 전해질이 고갈되고 리튬 이온 전달이 느려지는 문제가 있다.However, silicon anode material has a high self-resistance and has the problem of reacting with lithium ions to expand its volume by about 4 times or more, which can cause performance and stability problems. In other words, as the volume expands through repeated charging and discharging, the particles are destroyed, and when a new electrolyte interface is formed along the broken surface, the electrolyte is depleted and lithium ion transfer slows down.
단일벽 탄소나노튜브 (SWCNT)를 도전재로 실리콘에 첨가하면 실리콘의 부피팽창을 억제시켜 충방전 과정에서 구조적 안정성을 꾀할 수 있다. 특히, SWCNT는 높은 전기전도성과 종횡비를 갖고 있어 전도성 네트워크를 형성하는 데 효과적이고, 높은 표면적으로 활물질의 접촉력을 높이는 특징을 갖고 있으며, 높은 유연성과 인장강도로 사이클 성능을 향상시킬 수 있다.By adding single-walled carbon nanotubes (SWCNT) to silicon as a conductive material, the volume expansion of silicon can be suppressed and structural stability can be achieved during the charging and discharging process. In particular, SWCNT has high electrical conductivity and aspect ratio, so it is effective in forming a conductive network, has the characteristic of increasing the contact force of active materials with a high surface area, and can improve cycle performance with high flexibility and tensile strength.
그러나, 이러한 우수한 성능에도 불구하고 비싼 가격(1.4만원/1g) 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있는 상황이다. 따라서 단열벽 탄소나노튜브를 활용한 이차전지용 음극재를 이용하면서도 비용을 감소시킴으로써 상용화를 가능하도록 하기 위한 해결방안이 필요하다.However, despite its excellent performance, it is difficult to commercialize it due to its high price (KRW 14,000/1g). Therefore, a solution is needed to enable commercialization by reducing costs while using anode materials for secondary batteries using insulating carbon nanotubes.
본 발명은 용량 증가를 위해 포함되는 실리콘 분말의 팽창을 억제하기 위해서 실리콘 분말의 표면에는 물성이 우수한 단일벽 탄소나노튜브를 코팅하거나, 음극재의 도전재로서는 단일벽 탄소나노튜브에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 다중벽 탄소나노튜브를 추가로 사용하여 구조적으로 안정하면서도 전기전도도를 증가시키고, 또한, 비용을 감소시킴으로써 상용화가 가능토록 한 이차전지용 음극재 및 그 이차전지용 음극재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to suppress the expansion of the silicon powder included in order to increase capacity, the present invention coats the surface of the silicon powder with single-walled carbon nanotubes, which have excellent physical properties, or uses a conductive material for the anode material that is relatively expensive compared to single-walled carbon nanotubes. The purpose is to provide a negative electrode material for secondary batteries and a method of manufacturing the negative electrode material for secondary batteries that can be commercialized by additionally using inexpensive multi-walled carbon nanotubes to increase electrical conductivity while being structurally stable, and also reduce costs. do.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 이차전지용 음극재에 있어서, 도전성 물질 분말, 및 플라즈마 표면 처리되어 있는 실리콘 분말을 포함하는 음극 활물질 분말, 상기 음극재의 도전성을 향상시키고, 상기 실리콘 분말의 팽창을 억제하기 위해 상기 실리콘 분말의 표면에 코팅되어 있는 단일벽 탄소나노튜브들 및 상기 음극 활물질 분말 및 상기 단일벽 탄소나노튜브들과 함께 바인더에 의하여 혼합되어 있는 다중벽 탄소나노튜브들을 포함하는 이차전지용 음극재를 제공한다.According to one aspect of the present invention, in a negative electrode material for a secondary battery, the present invention provides a negative electrode active material powder containing a conductive material powder and a plasma surface-treated silicon powder, improving the conductivity of the negative electrode material, and expanding the silicon powder. A secondary battery comprising single-walled carbon nanotubes coated on the surface of the silicon powder and multi-walled carbon nanotubes mixed with the negative electrode active material powder and the single-walled carbon nanotubes by a binder to suppress A cathode material is provided.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 이차전지용 음극재의 제조방법에 있어서, 실리콘 분말에 플라즈마 표면 처리하는 단계, 상기 음극재의 도전성을 향상시키고, 상기 실리콘 분말의 팽창을 억제하기 위해, 상기 플라즈마 표면 처리된 실리콘 분말의 표면에 단일벽 탄소나노튜브들을 코팅하는 단계 및 상기 단일벽 탄소나노튜브들이 코팅된 실리콘 분말, 도전성 물질 분말 및 다중벽 탄소나노튜브들을 바인더와 함께 혼합하는 단계를 포함하는 이차전지용 음극재의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention relates to a method for manufacturing a negative electrode material for a secondary battery, comprising the steps of plasma surface treatment on silicon powder, improving conductivity of the negative electrode material and suppressing expansion of the silicon powder, the plasma surface A secondary battery comprising the steps of coating single-walled carbon nanotubes on the surface of the treated silicon powder and mixing the silicon powder coated with the single-walled carbon nanotubes, the conductive material powder, and the multi-walled carbon nanotubes with a binder. A method for manufacturing an anode material is provided.
본 발명에 따른 이차전지 음극재 및 그 이차전지용 음극재의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The secondary battery negative electrode material and the manufacturing method of the secondary battery negative electrode material according to the present invention have the following effects.
첫째, 단일벽 탄소나노튜브가 음극 활물질 중에서 일부 첨가되는 실리콘만을 둘러싸도록 해서 실리콘의 팽창을 억제함과 동시에 도전재 역할을 하기 때문에, 단일벽 탄소나노튜브의 사용량이 감소되므로 상용화가 가능할 만큼 비용이 절감되는 장점이 있다.First, since single-walled carbon nanotubes surround only the silicon that is partially added among the anode active materials, thereby suppressing the expansion of silicon and acting as a conductive material, the amount of single-walled carbon nanotubes used is reduced, making commercialization possible. There is an advantage in saving money.
둘째, 실리콘에 탄소나노튜브(다중벽 또는 단일벽)를 습식 또는 건식으로 코팅 시에 실리콘의 표면을 플라즈마로 전처리하여 실리콘과 단일벽 탄소나노튜브 사이의 계면 결합력을 향상시켜 코팅의 효율을 증가시키고, 전극 제조공정 후나 배터리 구동 중에도 실리콘 표면에서 탄소나노튜브의 탈리를 막아줄 수 있다.Second, when coating carbon nanotubes (multi-walled or single-walled) on silicon wet or dry, the surface of the silicon is pre-treated with plasma to improve the interfacial bonding between silicon and single-walled carbon nanotubes, thereby increasing coating efficiency. , it can prevent detachment of carbon nanotubes from the silicon surface even after the electrode manufacturing process or during battery operation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극재가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 이차전지용 음극재 중에서 음극 활물질인 실리콘의 표면이 플라즈마 처리된 후 단일벽 탄소나노튜브가 코팅된 모습을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1에 따른 이차전지용 음극재 중에서 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 분리하여 나타낸 모식도이다.Figure 1 is a perspective view showing a negative electrode material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the surface of silicon, which is a negative electrode active material among the negative electrode materials for secondary batteries according to FIG. 1, being plasma treated and then coated with single-walled carbon nanotubes.
Figure 3 is a schematic diagram showing the negative electrode active material, conductive material, and binder separated from the negative electrode material for secondary batteries according to Figure 1.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극재(100)는 도전성 물질 분말(111) 및 실리콘 분말(112)을 포함하는 음극 활물질 분말(110), 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon NanoTube)(121) 및 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon NanoTube)(122)를 포함하는 도전재(120), 바인더(130) 및 기재(140)를 포함한다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 단일벽 탄소나노튜브만 상기 실리콘 분말(112)에 코팅해서 사용할 수도 있다. 즉, 본 실시예에서는 실리콘에 단일벽 탄소나노튜브를 코팅하고, 추가로 상기 다중벽 탄소나노튜브를 도전재로 사용하는 것을 예로 들지만, 상기 단일벽 탄소나노튜브만 실리콘 분말(112)에 코팅하고, 상기 다중벽 탄소나노튜브와 같은 별도의 다른 도전재를 포함하지 않은 상태에서 사용할 수도 있는 것이다. 도 1에서는 도시의 편의상 상기 음극 활물질 분말(110), 도전재(120) 및 바인더(130)를 상기 기재(140)와 분리하여 표현한다.Referring to Figures 1 to 3, the
본 실시예에서 상기 도전성 물질(111)은 흑연인 것을 예로 든다. 그리고 상기 음극 활물질 분말(110)을 구성하는 흑연(111) 및 실리콘(112)은 분말 형태인 것을 예로 든다. 그리고 본 실시예에서 상기 실리콘 분말(112)은 마이크로 사이즈의 입자 또는 나노 사이즈의 입자인 것을 예로 든다.In this embodiment, the
그리고 상기 실리콘 분말(112)은 표면이 플라즈마 처리(P)되어 있다. 이는 비도전성인 실리콘 분말(112)의 표면에 도전성을 갖는 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 코팅할 때, 상기 실리콘 분말(112)과 상기 단일벽 탄소나노튜브(121) 간의 계면 결합력을 향상시켜서 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 상기 실리콘(112)에 잘 코팅되고, 잘 분리되지 않도록 하기 위함이다.And the surface of the
상기 도전재(120)는 상기 이차전지용 음극재(100)의 도전성을 향상시키기 위해 포함된다. 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)는 상기 실리콘 분말(112)의 표면에 코팅된다. 상기 단일벽 탄소나노튜브는(121)는 상기 이차전지용 음극재(100)의 도전성을 향상시키는 역할 및 상기 실리콘 분말(112)의 팽창을 억제하는 복합적인 역할을 수행한다.The
상기 단일벽 탄소나노튜브는(121)는 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)보다 지름이 작다. 따라서 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 상기 실리콘 분말(112) 표면에 코팅하는 것이 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)를 상기 실리콘 분말(112) 표면에 코팅하는 것 보다 코팅 두께를 얇게 할 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 단일벽 탄소나노튜브는(121)는 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)보다 유연하다. 따라서 상기 단일벽 탄소나노튜브는(121)는 마이크로 또는 나노 크기를 갖는 상기 실리콘 분말(112)의 표면에 코팅되기 유리한 장점이 있다.The single-
구체적으로 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)는 도전성을 갖지 않는 실리콘 분말(112)에 코팅됨으로써 상기 이차전지용 음극재(100) 내에서 상기 실리콘 분말(112)이 배치되는 부분도 도전성을 갖도록 한다. 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 내부에 공간이 있는 튜브 모양으로 형성된다.Specifically, the single-
본 실시예에서는 튜브 모양의 상기 단일벽 탄소나노튜브(121) 복수 개가 상기 실리콘 분말(112)의 외부 표면을 둘러싸도록 배치되는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 육각형의 튜브 모양을 갖는 단일벽 탄소나노튜브(121)를 특정 방향(예를 들어 길이 방향)으로 절단하여 시트 형태로 펼쳐서 상기 실리콘 분말(112)에 코팅할 수도 있다. 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 펼쳐서 상기 실리콘 분말(112)에 코팅할 경우 두께를 얇게 할 수 있고, 상기 실리콘 분말(112)과의 결합력도 향상될 수 있는 장점이 있다.In this embodiment, as an example, a plurality of tube-shaped single-
상기 단일벽 탄소나노튜브(121)는 상기 실리콘 분말(112)의 표면에 건식 또는 습식으로 코팅된다. 본 실시예에서는 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 건식 전극 제조공정에 의해 상기 실리콘 분말(112)의 표면에 건식으로 코팅하는 것을 예로 든다. 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 상기 실리콘 분말(112)의 표면에 습식으로 코팅할 경우, 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 코팅된 실리콘 분말(112)을 추가적으로 건조해야 하는 공정이 필요하다. 또한 상기 추가적인 건조 시에는 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 다시 뭉쳐지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 뭉쳐진 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 다시 쪼개는 추가 공정이 필요하다. 그러므로 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 상기 실리콘 분말(112)에 습식으로 코팅할 경우에는 건식으로 코팅하는 경우에 비해 시간적 효율 및 비용적 효율이 저하되는 단점이 있다.The single-
다만, 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 상기 실리콘 분말(112)에 건식으로 코팅할 때는 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 상기 실리콘 분말(112)에 잘 결합되기 어려운 문제가 있다. 하지만 본 실시예에 따른 이차전지용 음극재(100)는 상기 실리콘 분말(112)을 플라즈마 처리한 상태에서 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)로 코팅하기 때문에 건식 공정을 통해서도 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 상기 실리콘 분말(112)에 잘 코팅되고, 코팅된 후에도 잘 분리되지 않으므로 건식 코팅이 가능한 것이다.However, when dry coating the single-
또한 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)는 상기 실리콘 분말(112)을 전체적으로 둘러싼다. 이는 강한 강성을 갖는 단일벽 탄소나노튜브(121)가 상기 실리콘 분말(112)을 둘러싸는 구조를 가짐으로써 이차전지의 충전이 반복됨에 따라 실리콘 분말(112)이 팽창되는 것을 물리적인 힘으로 억제하기 위함이다. 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)는 다발분해가 충분히 되었을 경우에 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)에 비해 물성이 뛰어나기 때문에 이차전지의 반복적인 충방전에도 불구하고 기계적인 물성이 유지되므로, 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)로 상기 실리콘 분말(112)을 코팅할 때보다 실리콘 분말(112)의 팽창 억제력 및 도전성을 지속적으로 유지할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 이차전지용 음극재(100)는 흑연 분말(111)만을 포함하는 경우와 비교할 때, 실리콘 분말(112)을 포함하여 전지 용량이 현저히 증대되어 고속충전이 가능하면서도 사이클에 따른 용량의 유지율이 우수한 장점을 갖는다.Additionally, the single-
다만, 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)는 가격이 약 1g 당 1.4만원에 이를 정도로 고가이다. 따라서 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)의 우수한 물성만을 고려하여 이차전지 음극재의 도전재로 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)만을 사용할 경우 비용이 급격하게 증가하기 때문에 상용화가 어려운 문제가 있다. 따라서 본 실시예에서는 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 상기 실리콘 분말(112)의 표면에만 코팅되도록 하여 실리콘 팽창에 효과적으로 작용시키고, 사용량을 감소시킴으로써 비용 절감을 효과를 갖기 때문에, 궁극적으로 단일벽 탄소나노튜브(121)를 이용한 이차전지 음극재(100)의 상용화가 이루어질 수 있도록 한다.However, the single-
그리고 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 코팅되어 있는 실리콘 분말(112)은 상기 음극 활물질 분말(110) 중에서 상기 흑연 분말(111)보다 작은 중량퍼센트(wt%)를 갖는다. 하지만 본 실시예에서 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 코팅되어 있는 실리콘 분말(112)은 상기 음극 활물질 분말(110) 전체 중량에 대해 5 중량퍼센트 이상 포함되는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 코팅되어 있는 실리콘 분말(112)은 상기 음극 활물질 분말(110) 전체 중량에 대해 5 중량퍼센트 내지 20 중량퍼센트 포함될 수 있다.And the
상기 다중벽 탄소나노튜브(122)는 상기 이차전지용 음극재(100)의 도전성을 향상시키기 위해 포함된다. 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)는 상기 음극 활물질 분말(110) 및 상기 단일벽 탄소나노튜브(111)들과 함께 상기 바인더(130)에 의해 결합되어 있다.The
상기 흑연 분말(111)은 도전성을 갖고, 위에서 설명한 것처럼 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)가 상기 실리콘 분말(112)을 둘러싸는 구조로 배치됨으로써 상기 실리콘 분말(112)이 배치되는 부분도 도전성을 갖는다. 따라서 상기 음극 활물질 분말(110)은 전체적으로 도전성을 가지므로 추가적인 도전재가 반드시 필요한 것은 아니다.The
하지만 상기 단일벽 탄소나노튜브(121) 이외에 별도의 도전재를 포함시킴으로써 이차전지용 음극재(100) 전체의 안정적인 도전성 확보가 가능하다. 이와 관련하여 본 실시예에서는 다중벽 탄소나노튜브(122)를 상기 음극 활물질 분말(110) 사이사이에 배치함으로써 상기 이차전지용 음극재(100)의 도전성을 향상시킬 수 있다. 이 때 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)는 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)에 비해 가격이 저렴하기 때문에 상기 다중벽 탄소나노튜브(122)를 다량 포함하더라도 상기 단일벽 탄소나노튜브(121)를 전체적으로 이용할 때보다 훨씬 낮은 비용으로 이차전지용 음극재(100) 생산이 가능하다.However, by including a separate conductive material in addition to the single-
상기 바인더(130)는 상기 음극 활물질 분말(110) 및 도전재(120)를 상기 기재(140)에 붙게 하는 역할을 한다. 즉, 상기 바인더(130)는 일종의 접착제 역할을 한다. 상기 바인더(130)는 불소함유 바인더 또는 SBR/CMC, PAA, PI계 바인더 등을 사용할 수 있다. SBR 바인더를 사용할 경우 증점제를 더 포함할 수 있다. 이때, 증점제는 카르복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 및 하이드록시 프로필 셀룰로오스로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있다.The
이하에서는 도 1 내지 3에 따른 이차전지용 음극재(100)의 제조방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the
먼저 이차전지용 음극재(100)를 제조하기 위해 필요한 소재를 준비한다. 즉, 도전성 물질 분말(111) 및 실리콘 분말(112)을 포함하는 음극 활물질(110), 단일벽 탄소나노튜브(121) 및 다중벽 탄소나노튜브(122)를 포함하는 도전재(120), 바인더(130) 및 기재(140)를 준비한다. 상기 도전성 물질 분말(111)은 흑연 분말(111)을 준비한다.First, prepare the materials necessary to manufacture the
다음으로 상기 실리콘 분말(112)을 플라즈마로 표면 처리한다. 그리고 상기 이차전지용 음극재(100)의 도전성을 향상시키고, 상기 실리콘 분말(112)의 팽창을 억제하기 위해서, 상기 플라즈마 표면 처리된 실리콘 분말(112)의 표면에 단일벽 탄소나노튜브들(121)을 코팅한다.Next, the
그리고 상기 단일벽 탄소나노튜브들(121)이 코팅된 실리콘 분말(112), 도전성 물질 분말(111) 및 다중벽 탄소나노튜브들(122)을 바인더(130)와 함께 혼합한다. 그리고 상기 혼합된 단일벽 탄소나노튜브들(121)이 코팅된 실리콘 분말(112), 도전성 물질 분말(111) 및 다중벽 탄소나노튜브들을 상기 기재(140) 상에 형성한다.Then, the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
100: 이차전지용 음극재
110: 음극 활물질 분말
111: 흑연 분말
112: 실리콘 분말
120: 도전재
121: 단일벽 탄소나노튜브
122: 다중벽 탄소나노튜브
130: 바인더
140: 기재
P: 플라즈마 처리된 실리콘 표면 100: Anode material for secondary batteries
110: Negative active material powder
111: graphite powder
112: Silicone powder
120: Conductive material
121: Single-walled carbon nanotube
122: Multi-walled carbon nanotube
130: Binder
140: Description
P: Plasma treated silicon surface
Claims (10)
도전성 물질 분말, 및 플라즈마 표면 처리되어 있는 실리콘 분말을 포함하는 음극 활물질 분말; 및
상기 음극 활물질 분말과 함께 바인더에 의하여 혼합되어 있는 다중벽 탄소나노튜브들을 포함하되,
상기 실리콘 분말의 표면에서는 상기 음극재의 도전성을 향상시키고, 상기 실리콘 분말의 팽창을 억제하기 위해 단일벽 탄소나노튜브들이 코팅되어 있는,
이차전지용 음극재.In the anode material for secondary batteries,
Negative active material powder including conductive material powder and silicon powder subjected to plasma surface treatment; and
Containing multi-walled carbon nanotubes mixed with the negative electrode active material powder by a binder,
The surface of the silicon powder is coated with single-walled carbon nanotubes to improve the conductivity of the anode material and to suppress expansion of the silicon powder.
Anode material for secondary batteries.
상기 실리콘은,
마이크로 입자 또는 나노 입자로 형성되는,
이차전지용 음극재.In claim 1,
The silicone is,
Formed from microparticles or nanoparticles,
Anode material for secondary batteries.
상기 단일벽 탄소나노튜브들은,
상기 실리콘 분말의 팽창을 물리적 힘으로 억제하기 위해서, 상기 실리콘 분말을 둘러싸도록 상기 실리콘 분말의 표면에 배치되는,
이차전지용 음극재.In claim 2,
The single-walled carbon nanotubes are,
In order to suppress the expansion of the silicon powder by physical force, it is disposed on the surface of the silicon powder to surround the silicon powder,
Anode material for secondary batteries.
상기 단일벽 탄소나노튜브들은,
상기 실리콘 분말의 표면에 건식 또는 습식으로 코팅되는,
이차전지용 음극재.In claim 3,
The single-walled carbon nanotubes are,
Coated dry or wet on the surface of the silicon powder,
Anode material for secondary batteries.
상기 도전성 물질 분말은 흑연 분말로 형성되는,
이차전지용 음극재.In claim 1,
The conductive material powder is formed of graphite powder,
Anode material for secondary batteries.
상기 단일벽 탄소나노튜브들이 코팅되어 있는 실리콘 분말은,
상기 음극 활물질에서 상기 흑연 분말보다 작은 중량퍼센트(wt%)를 갖되, 상기 음극 활물질 전체 중량에 대해 5중량퍼센트 이상 포함되는,
이차전지용 음극재.In claim 5,
The silicon powder coated with the single-walled carbon nanotubes is,
The negative electrode active material has a weight percent (wt%) smaller than that of the graphite powder, but contains more than 5 weight percent based on the total weight of the negative electrode active material.
Anode material for secondary batteries.
상기 다중벽 탄소나노튜브들은,
상기 도전성 물질 분말의 도전성을 향상시키기 위하여 상기 음극 활물질 분말의 사이사이에 배치되는,
이차전지용 음극재.In claim 1,
The multi-walled carbon nanotubes are,
Disposed between the negative electrode active material powder to improve the conductivity of the conductive material powder,
Anode material for secondary batteries.
상기 단일벽 탄소나노튜브들의 사용량을 최소화하기 위하여, 상기 단일벽 탄소나노튜브는 상기 실리콘 분말의 표면에만 배치되는,
이차전지용 음극재.In claim 1,
In order to minimize the amount of single-walled carbon nanotubes used, the single-walled carbon nanotubes are disposed only on the surface of the silicon powder.
Anode material for secondary batteries.
실리콘 분말에 플라즈마 표면 처리하는 단계;
상기 음극재의 도전성을 향상시키고, 상기 실리콘의 팽창을 억제하기 위해, 상기 플라즈마 표면 처리된 실리콘 분말의 표면에 단일벽 탄소나노튜브들을 코팅하는 단계; 및
상기 단일벽 탄소나노튜브들이 코팅된 실리콘 분말, 도전성 물질 분말 및 다중벽 탄소나노튜브들을 바인더와 함께 혼합하는 단계를 포함하는,
이차전지용 음극재의 제조방법.In the method of manufacturing a negative electrode material for a secondary battery,
Plasma surface treatment of silicon powder;
coating single-walled carbon nanotubes on the surface of the plasma surface-treated silicon powder to improve conductivity of the anode material and suppress expansion of the silicon; and
Comprising the step of mixing the silicon powder coated with the single-walled carbon nanotubes, the conductive material powder, and the multi-walled carbon nanotubes with a binder,
Method for manufacturing anode materials for secondary batteries.
상기 실리콘은, 마이크로 입자 또는 나노 입자로 형성되고,
상기 단일벽 탄소나노튜브들은, 상기 실리콘 분말의 팽창을 물리적 힘으로 억제하기 위해서, 상기 실리콘 분말을 둘러싸도록 상기 실리콘 분말의 표면에 배치되고,
상기 도전성 물질 분말은 흑연 분말로 형성되는,
이차전지용 음극재의 제조방법.In claim 9,
The silicon is formed of micro particles or nanoparticles,
The single-walled carbon nanotubes are disposed on the surface of the silicon powder to surround the silicon powder in order to suppress expansion of the silicon powder by physical force,
The conductive material powder is formed of graphite powder,
Method for manufacturing anode materials for secondary batteries.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220145390A KR102651795B1 (en) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | Anode material for secondary battery and method for manufacturing the same anode material for secondary battery |
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| KR102651795B1 true KR102651795B1 (en) | 2024-03-27 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101968112B1 (en) | 2017-05-26 | 2019-04-11 | 한국화학연구원 | Negative-Electrode Materials for Secondary Batteries |
| KR20210153997A (en) * | 2020-06-11 | 2021-12-20 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Negative electrode and secondary battery comprising the same |
| KR20220059928A (en) * | 2020-11-03 | 2022-05-10 | 주식회사 나노신소재 | Slurry composition for negative electrode of lithium secondary battery |
| KR20220109700A (en) * | 2021-01-29 | 2022-08-05 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Negative electrode and secondary battery comprising the same |
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2022
- 2022-11-03 KR KR1020220145390A patent/KR102651795B1/en active IP Right Grant
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