KR102687502B1 - SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this - Google Patents

SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this Download PDF

Info

Publication number
KR102687502B1
KR102687502B1 KR1020220011709A KR20220011709A KR102687502B1 KR 102687502 B1 KR102687502 B1 KR 102687502B1 KR 1020220011709 A KR1020220011709 A KR 1020220011709A KR 20220011709 A KR20220011709 A KR 20220011709A KR 102687502 B1 KR102687502 B1 KR 102687502B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sioc
sodium ion
mixture
ion battery
container
Prior art date
Application number
KR1020220011709A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230115401A (en
Inventor
박영수
박수련
김원석
허몽영
Original Assignee
재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 한국탄소산업진흥원 filed Critical 재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority to KR1020220011709A priority Critical patent/KR102687502B1/en
Publication of KR20230115401A publication Critical patent/KR20230115401A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102687502B1 publication Critical patent/KR102687502B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/907Oxycarbides; Sulfocarbides; Mixture of carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/956Silicon carbide
    • C01B32/963Preparation from compounds containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386Silicon or alloys based on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법, 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조 단계; 두 겹의 밀폐용기의 내부 용기에 상기 혼합물을 넣어 밀폐시키는 밀폐 단계; 상기 밀폐용기에 열을 가하여, 상기 혼합물이 기화에 의해 상기 내부 용기의 작은 틈을 통해 외부 용기로 이동하되 열분해가 이루어지도록 하여, 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제조하는 가열 단계 및 상기 밀폐용기를 냉각시키고 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 확보하는 수거 단계를 포함하는 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법을 제공할 수 있다.
또한 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법을 통해 제조된 실리콘옥시카바이드(SiOC)와 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재를 제공할 수 있다.
The present invention relates to SiOC for sodium ion batteries, a manufacturing method thereof, and a negative electrode material for sodium ion batteries using the same. According to the present invention, a mixture preparation step of mixing silicone oil and silsesquioxane to prepare a mixture; A sealing step of sealing the mixture by placing it in the inner container of a two-layer sealed container; A heating step of producing silicon oxycarbide (SiOC) by applying heat to the sealed container, allowing the mixture to vaporize and move to the external container through a small gap in the inner container while causing thermal decomposition, and cooling the sealed container. It is possible to provide a SiOC manufacturing method for sodium ion batteries that includes a collection step to secure silicon oxycarbide (SiOC).
In addition, silicon oxycarbide (SiOC) manufactured through a SiOC manufacturing method for sodium ion batteries and a negative electrode material for sodium ion batteries using the same can be provided.

Description

나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법, 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재{SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this}SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, anode material for sodium ion battery using the same {SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this}

본 발명은 나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법, 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 두 겹의 밀폐용기를 이용하여 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합한 혼합물의 기화 및 열분해를 통해 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제조함으로써, 구형 및 균일크기를 가질 수 있는 나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법, 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재에 관한 것이다.The present invention relates to SiOC for sodium ion batteries, a method of manufacturing the same, and a negative electrode material for sodium ion batteries using the same. More specifically, it relates to vaporization and evaporation of a mixture of silicone oil and silsesquioxane using a two-layer sealed container. This relates to SiOC for sodium ion batteries that can have a spherical shape and uniform size by producing silicon oxycarbide (SiOC) through thermal decomposition, a method for manufacturing the same, and a negative electrode material for sodium ion batteries using the same.

최근 들어, 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 예를 들면, 휴대폰, 노트북 더 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구 및 개발이 점점 증대되고 있다. 특히 전기화학소자 중 이차배터리의 개발에 대한 관심이 증대되고 있다.Recently, interest in energy storage technology has been increasing. For example, research and development of electrochemical devices is increasing as the application areas expand to mobile phones, laptops, and even electric vehicles. In particular, interest in the development of secondary batteries among electrochemical devices is increasing.

현재 사용되고 있는 이차배터리 중에서 나트륨이온 배터리는 종래의 리튬 이온 배터리와 유사한 작동 전압 및 높은 에너지 밀도를 가지면서도 나트륨의 풍부함으로 인해 차세대 에너지 저장장치로서 각광받고 있다.Among secondary batteries currently in use, sodium-ion batteries are attracting attention as next-generation energy storage devices due to their abundance of sodium while having similar operating voltage and high energy density to conventional lithium-ion batteries.

한편, 태양광 및 풍력 등의 신재생에너지의 확대됨에 따라 대용량 전력저장장치의 수요가 급증하여 나트륨이온 배터리의 고용량 요구가 발생하고 있다.Meanwhile, with the expansion of new and renewable energy such as solar and wind power, the demand for large-capacity power storage devices is rapidly increasing, leading to a demand for high-capacity sodium ion batteries.

이러한 요구에 따라, 나트륨이온 배터리의 용량을 결정 짓는 음극소재로 사용되고 있는 흑연의 이상적인 용량은 400mAh/g이하인 반면에, 인(P)의 경우 3000mAh/g 이상으로 매우 높아, 하드카본을 대체하는 소재로서 인(P)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 리튬이온의 저장성이 높은 실리콘의 경우에도 연구가 활발히 진행되고 있다.According to these requirements, the ideal capacity of graphite, which is used as a cathode material that determines the capacity of sodium ion batteries, is less than 400 mAh/g, while the ideal capacity of phosphorus (P) is over 3000 mAh/g, making it a material that replaces hard carbon. Research on phosphorus (P) is actively underway. Additionally, research is being actively conducted on silicon, which has a high storage capacity for lithium ions.

그러나, 충방전 사이클 동안 인(P)과 실리콘(Si)는 P, Si와 PxNay와 SixNay의 반복된 변화로 인한 부피가 팽창 및 축소의 반복으로 미세화되어 더 이상 충전이 안되는 단점을 가지고 있다. However, during the charge/discharge cycle, phosphorus (P) and silicon (Si) have the disadvantage that they can no longer be charged because the volume is miniaturized through repeated expansion and contraction due to repeated changes in P, Si, PxNay, and SixNay.

또한 나트륨 이온 배터리에 사용하는 하드카본은 기공을 크게 만들어야 되나, 균일하지 못한 기공사이즈로 인해, 저장용량이 작고, 비가역이 큰 단점을 가지고 있다. In addition, hard carbon used in sodium-ion batteries requires large pores, but has the disadvantages of low storage capacity and high irreversibility due to uneven pore size.

또한 하드카본은 크기 및 형태가 매우 다양하고, 파쇄된 형태로 각이 저 있는 부분이 많이 있어, 전극 구성 시 전계가 집중되어 SEI 형성을 어렵게 하는 단점을 가지고 있다.In addition, hard carbon has a wide variety of sizes and shapes, and has many angled parts in a shredded form, so it has the disadvantage of concentrating the electric field when forming electrodes, making SEI formation difficult.

따라서, 완만한 형태로 형성되며 균일한 크기를 가져, 나트륨이온 배터리용 음극재로 사용되어 안정적인 충방전 성능을 나타낼 수 있는 소재에 대한 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need to develop a material that is formed in a gentle shape and has a uniform size, so that it can be used as a negative electrode material for sodium ion batteries and exhibit stable charge and discharge performance.

한국등록특허 제10-0814540호 나트륨 이온 배터리 (등록일자, 2008.03.11)Korean Patent No. 10-0814540 Sodium ion battery (registration date, March 11, 2008)

상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 두 겹의 밀폐용기를 이용하여 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합한 혼합물의 기화 및 열분해를 통해 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제조함으로써, 구형 및 균일크기를 가질 수 있는 나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법, 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재를 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention manufactures silicon oxycarbide (SiOC) through vaporization and thermal decomposition of a mixture of silicone oil and silsesquioxane using a two-layer sealed container, thereby producing spherical and uniform size. The purpose of the present invention is to provide SiOC for sodium ion batteries, a manufacturing method thereof, and a negative electrode material for sodium ion batteries using the SiOC.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법은 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조 단계; 두 겹의 밀폐용기의 내부 용기에 상기 혼합물을 넣어 밀폐시키는 밀폐 단계; 상기 밀폐용기에 열을 가하여, 상기 혼합물이 기화에 의해 상기 내부 용기의 작은 틈을 통해 외부 용기로 이동하되 열분해가 이루어지도록 하여, 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제조하는 가열 단계 및 상기 밀폐용기를 냉각시키고 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 확보하는 수거 단계를 포함하는 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법을 제공할 수 있다.In order to solve the above problems, the SiOC manufacturing method for sodium ion batteries according to an embodiment of the present invention includes a mixture preparation step of mixing silicone oil and silsesquioxane to prepare a mixture; A sealing step of sealing the mixture by placing it in the inner container of a two-layer sealed container; A heating step of producing silicon oxycarbide (SiOC) by applying heat to the sealed container, allowing the mixture to vaporize and move to the external container through a small gap in the inner container while causing thermal decomposition, and cooling the sealed container. It is possible to provide a SiOC manufacturing method for sodium ion batteries that includes a collection step to secure silicon oxycarbide (SiOC).

또한 상기 실리콘오일은, 10 내지 10000 cps의 점도를 가지는 것을 특징으로 한다.Additionally, the silicone oil is characterized as having a viscosity of 10 to 10,000 cps.

또한 상기 혼합물 제조 단계는, 상기 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 6 내지 8 : 0.1 내지 3의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 한다.In addition, the mixture preparation step is characterized by mixing the silicone oil and silsesquioxane at a weight ratio of 6 to 8:0.1 to 3.

또한 상기 가열 단계는, 600 내지 1200℃로 열을 가하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the heating step is characterized by applying heat to 600 to 1200°C.

또한 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법을 통해 제조된 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제공할 수 있다.In addition, silicon oxycarbide (SiOC) manufactured through the SiOC manufacturing method for sodium ion batteries according to an embodiment of the present invention can be provided.

또한 본 발명의 실시예에 따른 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재를 제공할 수 있다.Additionally, it is possible to provide a negative electrode material for a sodium ion battery using silicon oxycarbide (SiOC) according to an embodiment of the present invention.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법, 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재는 두 겹의 밀폐용기를 이용하여 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합한 혼합물의 기화 및 열분해를 통해 두 겹의 밀폐용기를 이용하여 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합한 혼합물의 기화 및 열분해를 통해 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제조함으로써, 구형 및 균일크기를 가질 수 있다.SiOC for sodium ion batteries and its manufacturing method according to the embodiment of the present invention as described above, and the anode material for sodium ion batteries using the same are vaporized and mixed with a mixture of silicone oil and silsesquioxane using a two-layer sealed container. By producing silicon oxycarbide (SiOC) through vaporization and thermal decomposition of a mixture of silicone oil and silsesquioxane using a two-layer sealed container through thermal decomposition, it can have a spherical shape and uniform size.

이에 저장용량이 크고, 비가역이 작으며 전계가 집중되지 않아 SEI 형성이 용이할 수 있다.Accordingly, the storage capacity is large, the irreversibility is small, and the electric field is not concentrated, so SEI formation can be easy.

이에 따라, 나트륨이온 배터리의 안정적인 충방전 효율과 우수한 가역용량을 확인할 수 있다.Accordingly, the stable charge/discharge efficiency and excellent reversible capacity of the sodium ion battery can be confirmed.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 2는 도 1의 S200 단계와 S300 단계를 설명하기 위한 모식도.
도 3은 도 2의 S200 단계와 S300 단계에서 혼합물이 공급되는 구조를 나타낸 모식도.
도 4는 실시예 1을 주사현미경으로 관찰한 이미지.
도 5는 실시예 2를 주사현미경으로 관찰한 이미지.
도 6은 도 4에서 관찰한 SiOC의 EDX 분석 결과.
도 7은 도 5에서 관찰한 SiOC의 EDX 분석 결과.
도 8은 실시예 3을 적용한 나트륨이온 배터리의 충방전 사이클 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 실시예 4를 적용한 나트륨이온 배터리의 충방전 사이클 결과를 나타낸 그래프.
1 is a flow chart schematically showing a method for manufacturing SiOC for a sodium ion battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram for explaining steps S200 and S300 of Figure 1.
Figure 3 is a schematic diagram showing the structure in which the mixture is supplied in steps S200 and S300 of Figure 2.
Figure 4 is an image of Example 1 observed with a scanning microscope.
Figure 5 is an image of Example 2 observed with a scanning microscope.
Figure 6 shows the results of EDX analysis of SiOC observed in Figure 4.
Figure 7 shows the results of EDX analysis of SiOC observed in Figure 5.
Figure 8 is a graph showing the charge/discharge cycle results of a sodium ion battery using Example 3.
Figure 9 is a graph showing the charge/discharge cycle results of a sodium ion battery using Example 4.

본 발명은 다 양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can be subject to various changes and have various forms, specific embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the existence of a combination of features, numbers, steps, components, etc. described in the specification, but are not limited to one or more other features or numbers, It should be understood that the existence or addition possibility of combinations of steps, components, etc. is not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시 형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Here, repeated descriptions, known functions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention, and detailed descriptions of configurations are omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명에서는 나트륨이온 배터리용 SiOC를 제조하는 데 있어, 두 겹의 밀폐용기를 이용하여 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합한 혼합물의 기화 및 열분해가 이루어지도록 함으로써, 구형 및 균일크기를 갖는 나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.In the present invention, in manufacturing SiOC for sodium ion batteries, a two-layer sealed container is used to vaporize and thermally decompose a mixture of silicone oil and silsesquioxane to produce sodium ions having a spherical shape and uniform size. The purpose is to provide SiOC for batteries and its manufacturing method.

또한 상기 나트륨이온 배터리용 SiOC를 음극재로 적용함으로써, 안정적인 충방전 효율과 우수한 가역용량을 가지는 나트륨이온 배터리를 확보하고자 한다.In addition, by applying SiOC for sodium ion batteries as a negative electrode material, we aim to secure a sodium ion battery with stable charge and discharge efficiency and excellent reversible capacity.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이고, 도 2는 도 1의 S200 단계와 S300 단계를 설명하기 위한 모식도이며, 도 3은 도 2의 S200 단계와 S300 단계에서 혼합물이 공급되는 구조를 나타낸 모식도이다.Figure 1 is a flow chart schematically showing a SiOC manufacturing method for a sodium ion battery according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram for explaining steps S200 and S300 in Figure 1, and Figure 3 is step S200 in Figure 2. This is a schematic diagram showing the structure in which the mixture is supplied in steps S300 and S300.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법은 혼합물 제조 단계(S100), 밀폐 단계(S200), 가열 단계(S300) 및 수거 단계(S400)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the SiOC manufacturing method for a sodium ion battery according to an embodiment of the present invention may include a mixture preparation step (S100), a sealing step (S200), a heating step (S300), and a collection step (S400). .

먼저, 혼합물 제조 단계(S100)는 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합하여 혼합물(M)을 제조할 수 있다.First, in the mixture preparation step (S100), the mixture (M) can be prepared by mixing silicone oil and silsesquioxane.

여기서 사용되는 실리콘오일은 실옥산 기반의 소재로, PDMS(polydimethysioxane), PHMS(Polyhexamethylsiloxane) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 그들의 혼합 형태일 수 있다.The silicone oil used here is a siloxane-based material and may be selected from the group consisting of polydimethysioxane (PDMS), polyhexamethylsiloxane (PHMS), etc., alone or in a mixed form thereof.

또한 실리콘오일은 바람직하게 10 내지 10000 cps의 점도를 가질 수 있는데, 10cps 미만일 경우 상대적으로 낮은 온도에서도 휘발하여 내부 용기(10)에서 외부 용기(11)로 빠르게 빠져나와 원하는 구형 형태의 SiOC를 만들기 어렵고, 10000cps 초과일 경우 내부 용기(10)에서 외부 용기(11)로 빠져나오기 어렵기 때문이다.In addition, the silicone oil may preferably have a viscosity of 10 to 10,000 cps. If it is less than 10 cps, it volatilizes even at a relatively low temperature and quickly escapes from the inner container 10 to the outer container 11, making it difficult to produce SiOC in the desired spherical shape. This is because, if it exceeds 10000cps, it is difficult to escape from the inner container (10) to the outer container (11).

또한 실세스퀴옥산은 화학식 [RSiO3/2]n(R = H, 알킬, 아릴 또는 알콕실)을 갖는 유기 규소 화합물로, Si-O-Si 결합과 사면체 Si 꼭지점이 있는 케이지형 또는 고분자 구조로 되어 있는 무색의 물질이다. 이러한 실세스퀴옥산은 무기 규산염 코어와 유기 외부를 특징으로 하며, 무기 규산염 코어는 강성과 열적 안정성을 갖고 있다. Silsesquioxane is also an organosilicon compound with the formula [RSiO 3/2 ] n (R = H, alkyl, aryl, or alkoxyl), which has a cage-like or polymer structure with Si-O-Si bonds and tetrahedral Si vertices. It is a colorless substance made of. These silsesquioxanes feature an inorganic silicate core and an organic exterior, with the inorganic silicate core being rigid and thermally stable.

이러한 실세스퀴옥산은 사다리 구조, 육면체 구조, 팔면체 구조 등을 가질 수 있는데, 이와 같은 실세스퀴옥산을 실리콘오일에 첨가함으로써 실리콘오일의 교차 결합(cross-linking) 과정 이후 기공을 형성하여 나트륨이온의 원활한 이동을 도울 수 있다. 즉 나트륨이온 배터리에 제조된 SiOC가 적용되면 고출력 특성, 안정적인 충방전 성능이 나타날 수 있도록 한다. 나아가 -O-C 구조가 증가하여 가역용량을 극대화 할 수 있다.This silsesquioxane may have a ladder structure, a hexahedral structure, an octahedral structure, etc. By adding such silsesquioxane to silicone oil, pores are formed after the cross-linking process of the silicone oil, thereby releasing sodium ions. It can help with smooth movement. In other words, when SiOC manufactured in a sodium ion battery is applied, high output characteristics and stable charge/discharge performance can be achieved. Furthermore, the reversible capacity can be maximized by increasing the -O-C structure.

보다 바람직한게, 실세스퀴옥산은 다팔면체 실세스퀴옥산(POSS)일 수 있으며, 다팔면체 실세스퀴옥산(POSS)은 세라믹 재료 및 나노복합체의 프리세라믹 폴리머 전구체이며, 다양한 치환기(R)가 Si 중심에 부착될 수 있다.More preferably, the silsesquioxane may be polyoctahedral silsesquioxane (POSS), which is a preceramic polymer precursor for ceramic materials and nanocomposites, and has various substituents (R). It can be attached to the Si center.

S100 단계는 상기와 같은 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 6 내지 8 : 0.1 내지 3의 중량비로 혼합하여 혼합물(M)을 제조할 수 있다.In step S100, a mixture (M) can be prepared by mixing the silicone oil and silsesquioxane as described above at a weight ratio of 6 to 8:0.1 to 3.

이때, 실세스퀴옥산이 실리콘오일 중량 대비 0.1 미만일 경우 나트륨이온 이동 효율이 저하될 수 있으며, 3 초과일 경우 오히려 SiOC 형성에 문제가 발생할 수 있다.At this time, if the silsesquioxane is less than 0.1 by weight of silicone oil, the sodium ion transfer efficiency may be reduced, and if it is more than 3, problems with SiOC formation may occur.

밀폐 단계(S200)는, 도 2에 도시된 것과 같이, 두 겹의 밀폐용기(1)의 내부 용기(10)에 혼합물(M)을 넣어 밀폐시킬 수 있다. 이때, 내부용기(10)는 내부통과 내부뚜껑으로 구성되어 미세한 작은 틈이 있고, 외부용기(11)도 외부통과 외부뚜껑으로 구성되나, 외부통에 외부뚜껑이 닫히는 것으로 밀폐가 이루어질 수 있다. 즉, 외부용기(11)에 의해 밀폐가 이루어진다고 할 수 있다.In the sealing step (S200), as shown in FIG. 2, the mixture (M) can be sealed by putting the mixture (M) in the inner container (10) of the double-layer sealed container (1). At this time, the inner container 10 is composed of an inner container and an inner lid and has a fine small gap, and the outer container 11 is also composed of an outer container and an outer lid, but the outer container can be sealed by closing the outer lid. In other words, it can be said that sealing is achieved by the external container 11.

여기서 두 겹의 밀폐용기(1)의 내부 용기(10)에는 미세한 틈이 있어, 가열퍼니스(2)에 의해 가열되어 내부 용기(10)에 있는 혼합물(M)이 기화되면, 내부 용기(10)에서 외부 용기(11)로 이동될 수 있도록 한다.Here, there is a fine gap in the inner container (10) of the two-layer sealed container (1), and when it is heated by the heating furnace (2) and the mixture (M) in the inner container (10) is vaporized, the inner container (10) so that it can be moved from to the external container (11).

도 2를 참조하면, 가열 단계(S300)는 내부 용기(10) 내에 혼합물(M)을 넣은 밀폐용기(1)를 가열퍼니스(2)에 넣고 가열하여, 혼합물(M)에 열이 가해지도록 할 수 있다. Referring to FIG. 2, the heating step (S300) involves putting the sealed container (1) containing the mixture (M) in the inner container (10) into the heating furnace (2) and heating it, so that heat is applied to the mixture (M). You can.

S300 단계를 통해 혼합물(M)이 기화되어 내부 용기(10)의 작은 틈을 통해 외부 용기(11)로 이동하고, 내부 용기(10)와 외부 용기(11) 사이의 공간에서 이동된 기화 상태의 혼합물(M)의 열분해가 이루어지도록 하여, 실리콘옥시카바이드(SiOC)가 제조될 수 있다.Through step S300, the mixture (M) is vaporized and moves to the outer container (11) through a small gap in the inner container (10), and the vaporized state moved in the space between the inner container (10) and the outer container (11) By causing thermal decomposition of the mixture (M), silicon oxycarbide (SiOC) can be produced.

내부 용기(10)보다 외부 용기(11)가 열원에 직접적으로 닿아 있기 때문에, 내부 용기(10)에서는 혼합물(M)의 기화가 이루어지고, 외부 용기(11)에서는 기화된 혼합물(M)의 열분해가 이루어질 수 있는 것이다.Since the outer container 11 is in direct contact with the heat source than the inner container 10, the mixture M is vaporized in the inner container 10, and the vaporized mixture M is thermally decomposed in the outer container 11. can be achieved.

이와 같이 작은 틈을 통해 기화된 혼합물(M)이 외부 용기(11)로 조금씩 이동되면서 열분해가 이루어짐에 따라, 구형 및 균일크기의 SiOC를 얻을 수 있다.As the vaporized mixture (M) is gradually moved to the external container 11 through the small gap and thermal decomposition occurs, spherical and uniformly sized SiOC can be obtained.

S300 단계는 600 내지 1200℃로 밀폐용기(1)를 가열하여 혼합물(M)에 열을 가할 수 있다.In step S300, heat can be applied to the mixture (M) by heating the sealed container (1) to 600 to 1,200°C.

S300 단계에서 가열온도가 600℃ 미만일 경우 혼합물(M)의 기화가 완전히 이루어지지 않아 반응 후에도 일부의 실리콘오일이 남아 있을 수 있으며, 1200℃ 초과일 경우 기화된 혼합물(M)이 빠르게 열분해되어 매우 작은 형태의 SiOC가 얻어딜 수 있다.In the S300 step, if the heating temperature is less than 600℃, the vaporization of the mixture (M) does not occur completely, so some silicone oil may remain after the reaction. If the heating temperature exceeds 1200℃, the vaporized mixture (M) is rapidly thermally decomposed to form very small particles. form of SiOC can be obtained.

또한 S300 단계는 혼합물(M)의 기화가 더 쉽게 이루어지도록 밀폐용기(1)의 압력을 진공으로 낮출 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In addition, step S300 may lower the pressure of the sealed container (1) to a vacuum so that the mixture (M) can be more easily vaporized, but is not limited to this.

한편, S200 및 S300 단계에서는, 도 3에 나타난 바와 같이, S100 단계에서 제조된 혼합물(M)이 저장된 혼합물탱크(3)가 내부 용기(10)에 연결되어 있어, 혼합물(M)이 내부 용기(10)에 연속으로 공급될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Meanwhile, in steps S200 and S300, as shown in FIG. 3, the mixture tank 3 storing the mixture M prepared in step S100 is connected to the internal container 10, so that the mixture M is stored in the internal container ( 10) can be supplied continuously, but is not limited to this.

수거 단계(S400)는 S300 단계 후 밀폐용기(1)를 상온으로 냉각시켜, 승화되도록 하여 고체의 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 수거해 확보할 수 있다.In the collection step (S400), solid silicon oxycarbide (SiOC) can be collected and secured by cooling the sealed container (1) to room temperature after step S300 and allowing it to sublime.

즉, 냉각을 통해 기체의 SiOC를 고체의 SiOC로 변화시켜, 결정화된 SiOC를 수거하는 단계이다.In other words, this is the step of changing gaseous SiOC into solid SiOC through cooling and collecting the crystallized SiOC.

여기서 수거된 SiOC는 구형 형태를 가지며 균일한 크기를 가질 수 있다.The SiOC collected here may have a spherical shape and a uniform size.

또한 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법은 코팅 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.Additionally, the SiOC manufacturing method for sodium ion batteries according to an embodiment of the present invention may further include a coating step (not shown).

코팅 단계는 수거된 SiOC의 표면에 탄소를 코팅할 수 있다. 이는 SiOC의 표면에 탄소를 코팅하여, 나트륨이온 배터리의 음극재로 사용될 경우, 전자이동이 더욱 원활하게 이루어지도록 하기 위한 것이다.The coating step may coat carbon on the surface of the collected SiOC. This is to coat the surface of SiOC with carbon to ensure smoother electron transfer when used as a negative electrode material for a sodium ion battery.

코팅 단계는 SiOC에 메탄과 아르곤을 흘려주어 탄소 코팅을 진행할 수 있는데, SiOC에 900 내지 1100℃에서 메탄을 0.3 내지 0.7L/min의 속도로, 아르곤을 0.8 내지 1.2L/min의 속도로 15 내지 25분간 공급하여 탄소 코팅을 진행할 수 있다. 그러나, 코팅방법과 조건은 이에 한정되지는 않고, 용이하게 변경될 수 있다.In the coating step, carbon coating can be performed by flowing methane and argon through SiOC. Methane at a rate of 0.3 to 0.7 L/min and argon at a rate of 0.8 to 1.2 L/min at 900 to 1100 ° C. Carbon coating can be performed by supplying for 25 minutes. However, the coating method and conditions are not limited to this and can be easily changed.

다만, 상기에서 메탄의 공급속도가 0.7L/min을 초과하거나, 아르곤 없이 메탄만 공급될 경우, 탄소 코팅층이 너무 두꺼워져 흑연소재와 차이가 없어질 수 있다.However, if the supply rate of methane exceeds 0.7 L/min or if only methane is supplied without argon, the carbon coating layer may become so thick that there is no difference from the graphite material.

또한 메탄의 공급속도가 0.3L/min 미만일 경우 탄소 코팅이 바람직하게 이루어지지 않을 수 있다.Additionally, if the methane supply rate is less than 0.3 L/min, carbon coating may not be performed optimally.

상기와 같은 제조방법을 통해 제조된 나트륨이온 배터리용 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제공할 수 있다.Silicon oxycarbide (SiOC) for sodium ion batteries manufactured through the above manufacturing method can be provided.

본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 실리콘옥시카바이드(SiOC)는 구형의 형태를 가지며, 균일한 크기를 가질 수 있다.Silicon oxycarbide (SiOC) for sodium ion batteries according to an embodiment of the present invention has a spherical shape and may have a uniform size.

이에 실리콘옥시카바이드(SiOC)는 나트륨이온 배터리용 음극재에 적용될 시, 균일한 구형의 형태로 인한 균일 전계값으로 인해 SEI 형성 시 소모되는 Na을 억제시켜 Na과 Si의 결합이 일어나 에너지 저장 가능성을 가질 수 있다.Accordingly, when silicon oxycarbide (SiOC) is applied to anode materials for sodium-ion batteries, it suppresses the Na consumed during SEI formation due to its uniform electric field value due to its uniform spherical shape, and the bonding of Na and Si occurs, increasing the possibility of energy storage. You can have it.

따라서, 본 발명의 실리콘옥시카바이드(SiOC)가 적용된 나트륨이온 배터리용 음극재는 초기 충전용량 및 방전용량이 높고 초기 효율이 우수하며, 가역용량 또한 우수할 수 있다.Therefore, the anode material for a sodium ion battery to which silicon oxycarbide (SiOC) of the present invention is applied has high initial charge capacity and discharge capacity, excellent initial efficiency, and can also have excellent reversible capacity.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이온 배터리용 SiOC 및 그 제조방법, 이를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재는 두 겹의 밀폐용기를 이용하여 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합한 혼합물(M)의 기화 및 열분해를 통해 두 겹의 밀폐용기를 이용하여 실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합한 혼합물(M)의 기화 및 열분해를 통해 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제조함으로써, 구형 및 균일크기를 가질 수 있다.As described above, SiOC for sodium ion batteries and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and the anode material for sodium ion batteries using the same, are a mixture of silicone oil and silsesquioxane using a two-layer sealed container. By manufacturing silicon oxycarbide (SiOC) through vaporization and thermal decomposition of a mixture of silicon oil and silsesquioxane (M) using a two-layer sealed container, spherical and uniform It can have any size.

이에 저장용량이 크고, 비가역이 작으며 전계가 집중되지 않아 SEI 형성이 용이할 수 있다.Accordingly, the storage capacity is large, the irreversibility is small, and the electric field is not concentrated, so SEI formation can be easy.

이에 따라, 나트륨이온 배터리의 안정적인 충방전 효율과 우수한 가역용량을 확인할 수 있다.Accordingly, the stable charge/discharge efficiency and excellent reversible capacity of the sodium ion battery can be confirmed.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

또한, 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경하여 구현할 수 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.In addition, the embodiments of the present invention described below can be implemented with various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention, and these implementations are within the scope of the technical field to which the present invention belongs from the description of the embodiments described above. Any expert can easily implement it.

[실시예][Example]

[실시예 1][Example 1]

점도가 1000cps인 실리콘오일 30g과 실세스퀴옥산 5g을 혼합하여 내부용기에 넣고 닫은 후 내부용기를 외부용기에 넣어 밀폐하였다. 그 다음 700℃로 가열되어 있는 가열퍼니스에 밀폐용기를 넣고 20분 정도 기다린 후 상온으로 냉각시켰다. 밀폐용기를 열어 외부용기 안에 형성된 SiOC를 수거하는 것으로 제조하였다.30 g of silicone oil with a viscosity of 1000 cps and 5 g of silsesquioxane were mixed, placed in an inner container, closed, and then the inner container was placed in an outer container and sealed. Next, the sealed container was placed in a heating furnace heated to 700°C, waited for about 20 minutes, and then cooled to room temperature. It was manufactured by opening the sealed container and collecting the SiOC formed in the outer container.

[실시예 2][Example 2]

점도가 1000cps인 실리콘오일 30g과 실세스퀴옥산 5g을 혼합하여 내부용기에 넣고 닫은 후 내부용기를 외부용기에 넣어 밀폐하였다. 그 다음 1000℃로 가열되어 있는 가열퍼니스에 밀폐용기를 넣고 20분 정도 기다린 후 상온으로 냉각시켰다. 밀폐용기를 열어 외부용기 안에 형성된 SiOC를 수거하는 것으로 제조하였다.30 g of silicone oil with a viscosity of 1000 cps and 5 g of silsesquioxane were mixed, placed in an inner container, closed, and then the inner container was placed in an outer container and sealed. Next, the sealed container was placed in a heating furnace heated to 1000°C, waited for about 20 minutes, and then cooled to room temperature. It was manufactured by opening the sealed container and collecting the SiOC formed in the external container.

[실시예 3][Example 3]

실시예 1에서 제조된 SiOC 분말을 미리 가열된 수평형 화학증착반응기에 넣고, 1000℃에서 메탄 0.5L/min, 아르곤 1L/min으로 20분간 흘려주어 탄소 코팅을 실시한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.The SiOC powder prepared in Example 1 was placed in a preheated horizontal chemical vapor deposition reactor, and carbon coating was performed by flowing 0.5 L/min of methane and 1 L/min of argon at 1000°C for 20 minutes. It was prepared in the same way.

[실시예 4][Example 4]

실시예 4에서 제조된 SiOC 분말을 미리 가열된 수평형 화학증착반응기에 넣고, 1000℃에서 메탄 0.5L/min, 아르곤 1L/min으로 20분간 흘려주어 탄소 코팅을 실시한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.The SiOC powder prepared in Example 4 was placed in a pre-heated horizontal chemical vapor deposition reactor, and carbon coating was performed by flowing 0.5 L/min of methane and 1 L/min of argon at 1000°C for 20 minutes. It was prepared in the same way.

[실험예 1] SiOC 분석[Experimental Example 1] SiOC analysis

본 발명의 SiOC의 특성을 확인하기 위하여, 실시예 1과 2를 주사현미경(SEM)으로 관찰하고, EDX 분석을 수행하였다. 그 결과는 도 4 내지 도 7과 같다.In order to confirm the characteristics of SiOC of the present invention, Examples 1 and 2 were observed with a scanning microscope (SEM), and EDX analysis was performed. The results are shown in Figures 4 to 7.

도 4는 실시예 1을 주사현미경으로 관찰한 이미지이고, 도 5는 실시예 2를 주사현미경으로 관찰한 이미지이다.Figure 4 is an image of Example 1 observed with a scanning microscope, and Figure 5 is an image of Example 2 observed with a scanning microscope.

도 6은 도 4에서 관찰한 SiOC의 EDX 분석 결과이고, 도 7은 도 5에서 관찰한 SiOC의 EDX 분석 결과이다.Figure 6 is the EDX analysis result of SiOC observed in Figure 4, and Figure 7 is the EDX analysis result of SiOC observed in Figure 5.

도 4 내지 도 7을 보면 알 수 있듯이, 실시예 1과 2 모두 SiOC가 구형의 형태를 가지며 균일한 크기로 형성된 것을 확인할 수 있었다.As can be seen from Figures 4 to 7, it was confirmed that in both Examples 1 and 2, SiOC had a spherical shape and was formed in a uniform size.

[실험예 2] 나트륨이온 배터리 성능 평가[Experimental Example 2] Sodium ion battery performance evaluation

본 발명의 SiOC가 적용된 나트륨이온 배터리의 성능을 평가하기 위해, 실시예 3과 4로 음극을 제조한 후, 제조된 음극이 적용된 나트륨이온 배터리의 전기화학적 특성을 측정하였다. In order to evaluate the performance of the sodium ion battery to which the SiOC of the present invention was applied, a negative electrode was manufactured in Examples 3 and 4, and then the electrochemical properties of the sodium ion battery to which the manufactured negative electrode was applied were measured.

여기서, 나트륨이온 배터리의 음극은 실시예 3과 4에서 제조된 SiOC 80중량%, 아세틸렌 블랙 10중량%과 폴리아크릴에시드 바인더 10중량%를 용매에 혼합하여 음극 슬러리를 제조한 후 구리호일 집전체에 코팅하는 것으로 제조하였고, 양극은 나트륨 금속을 사용하였다.Here, the negative electrode of the sodium ion battery was prepared by mixing 80% by weight of SiOC, 10% by weight of acetylene black, and 10% by weight of polyacrylic acid binder prepared in Examples 3 and 4 with a solvent to prepare a negative electrode slurry, which was then applied to the copper foil current collector. It was manufactured by coating, and sodium metal was used as the anode.

전해질로는 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트/프로필렌카보네이트 용액의 부피비(vol%)를 1:1:1로 한 용액에 1M의 NaOClO4를 혼합하여 사용하였다.As an electrolyte, 1M NaOClO 4 was used by mixing ethylene carbonate/diethyl carbonate/propylene carbonate solution with a volume ratio (vol%) of 1:1:1.

상기와 같이 제조된 나트륨이온 배터리의 충방전 사이클을 측정하였고, 그 결과는 도 8 및 도 9와 같다.The charge/discharge cycle of the sodium ion battery manufactured as above was measured, and the results are shown in Figures 8 and 9.

도 8은 실시예 3을 적용한 나트륨이온 배터리의 충방전 사이클 결과를 나타낸 그래프이고, 도 9는 실시예 4를 적용한 나트륨이온 배터리의 충방전 사이클 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the charge/discharge cycle results of a sodium ion battery using Example 3, and FIG. 9 is a graph showing the charge/discharge cycle results of a sodium ion battery using Example 4.

도 8 및 도 9에서 확인할 수 있듯이, 실시예 3과 4 모두 초기 충전용량 및 방전용량이 높고, 초기 효율이 우수하며, 100사이클 이후 용량이 초기 60%로 수준으로 유지되어 우수한 가역용량을 가지는 것을 확인할 수 있었다.As can be seen in Figures 8 and 9, both Examples 3 and 4 have high initial charging and discharging capacities, excellent initial efficiency, and the capacity is maintained at the initial 60% after 100 cycles, showing excellent reversible capacity. I was able to confirm.

이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술 하였는바, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Above, specific parts of the content of the present invention have been described in detail, and for those skilled in the art, it is clear that these specific techniques are merely preferred embodiments and do not limit the scope of the present invention. It will be obvious. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

M: 혼합물
1: 밀폐용기
10: 내부 용기
11: 외부 용기
2: 가열퍼니스
3: 혼합물탱크
M: mixture
1: Airtight container
10: Inner container
11: External container
2: Heating furnace
3: Mixture tank

Claims (5)

실리콘오일과 실세스퀴옥산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조 단계;
두 겹의 밀폐용기의 내부 용기에 상기 혼합물을 넣어 밀폐시키는 밀폐 단계;
상기 밀폐용기에 열을 가하여, 상기 혼합물이 기화에 의해 상기 내부 용기의 작은 틈을 통해 외부 용기로 이동하되 열분해가 이루어지도록 하여, 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 제조하는 가열 단계 및
상기 밀폐용기를 냉각시키고 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 확보하는 수거 단계를 포함하는 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법.
A mixture preparation step of mixing silicone oil and silsesquioxane to prepare a mixture;
A sealing step of sealing the mixture by placing it in the inner container of a two-layer sealed container;
A heating step of producing silicon oxycarbide (SiOC) by applying heat to the sealed container so that the mixture moves to the outer container through a small gap in the inner container by vaporization and undergoes thermal decomposition; and
A SiOC manufacturing method for a sodium ion battery comprising a collection step of cooling the sealed container and securing silicon oxycarbide (SiOC).
제1항에 있어서,
상기 실리콘오일은,
10 내지 10000 cps의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법.
According to paragraph 1,
The silicone oil is,
A method for producing SiOC for a sodium ion battery, characterized in that it has a viscosity of 10 to 10000 cps.
제1항에 있어서,
상기 가열 단계는,
600 내지 1200℃로 열을 가하는 것을 특징으로 하는 나트륨이온 배터리용 SiOC 제조방법.
According to paragraph 1,
The heating step is,
A method for manufacturing SiOC for sodium ion batteries, characterized by applying heat to 600 to 1200°C.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 한의 제조방법을 통해 제조된 실리콘옥시카바이드(SiOC).
Silicon oxycarbide (SiOC) manufactured through the production method according to any one of claims 1 to 3.
제4항의 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 이용한 나트륨이온 배터리용 음극재.
A negative electrode material for a sodium ion battery using the silicon oxycarbide (SiOC) of claim 4.
KR1020220011709A 2022-01-26 2022-01-26 SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this KR102687502B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220011709A KR102687502B1 (en) 2022-01-26 2022-01-26 SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220011709A KR102687502B1 (en) 2022-01-26 2022-01-26 SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230115401A KR20230115401A (en) 2023-08-03
KR102687502B1 true KR102687502B1 (en) 2024-07-24

Family

ID=87568226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220011709A KR102687502B1 (en) 2022-01-26 2022-01-26 SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102687502B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102300157B1 (en) 2020-03-31 2021-09-08 재단법인 한국탄소산업진흥원 MANUFACTURING METHOD OF CNT-SiOx COMPOSITES FOR LITHUM ION BATTERY AND CATHODE MATERIAL USING THE SAME

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100372158C (en) 2001-04-06 2008-02-27 威伦斯技术公司 Sodium ion batteries
KR101833401B1 (en) * 2016-06-14 2018-04-13 한국과학기술연구원 Siliconoxycarbide composite, preparation method thereof and anode material for sodium secondary battery comprising the same
EP3597597A1 (en) * 2018-07-17 2020-01-22 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Spherical sioc particulate electrode material
KR102422098B1 (en) * 2020-06-23 2022-07-20 한국과학기술연구원 A anode active material for a lithium ion battery, a method for manufacturing the same, a anode for a lithium ion battery comprising the anode active material and a lithium ion battery comprising the anode

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102300157B1 (en) 2020-03-31 2021-09-08 재단법인 한국탄소산업진흥원 MANUFACTURING METHOD OF CNT-SiOx COMPOSITES FOR LITHUM ION BATTERY AND CATHODE MATERIAL USING THE SAME

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230115401A (en) 2023-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Regulating uniform Li plating/stripping via dual‐conductive metal‐organic frameworks for high‐rate lithium metal batteries
CN108649190B (en) Vertical graphene/titanium niobium oxide/sulfur carbon composite material with three-dimensional porous array structure and preparation method and application thereof
JP6306767B1 (en) Silicon composite oxide for cathode material of lithium secondary battery and method for producing the same
JP2022518585A (en) Silicon composite negative electrode material, its preparation method and lithium ion battery
Tang et al. Self-assembled N-graphene nanohollows enabling ultrahigh energy density cathode for Li–S batteries
Du et al. Covalently-functionalizing synthesis of Si@ C core–shell nanocomposites as high-capacity anode materials for lithium-ion batteries
CN109742383A (en) Sodium-ion battery hard carbon cathode material based on phenolic resin and its preparation method and application
CN108155353B (en) Graphitized carbon coated electrode material, preparation method thereof and application of graphitized carbon coated electrode material as energy storage device electrode material
WO2022021933A1 (en) Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and preparation method therefor
CN105914369B (en) A kind of nano-scale carbon cladding lithium sulfide composite material and preparation method and application
Shen et al. Ionic liquid assist to prepare Si@ N-doped carbon nanoparticles and its high performance in lithium ion batteries
Zhao et al. A rational microstructure design of SnS 2–carbon composites for superior sodium storage performance
Wu et al. N-Doped gel-structures for construction of long cycling Si anodes at high current densities for high performance lithium-ion batteries
CN108321438B (en) Full-graphite lithium-sulfur battery and preparation method thereof
CN112599743B (en) Carbon-coated nickel cobaltate multi-dimensional assembled microsphere negative electrode material and preparation method thereof
Zhang et al. Encapsulation of core–satellite silicon in carbon for rational balance of the void space and capacity
WO2022052054A1 (en) Silicon-based lithium storage material and preparation method therefor
Du et al. In situ sulfur loading in graphene-like nano-cell by template-free method for Li–S batteries
KR20210025586A (en) Lithium vapor lithiated anode Materials for lithium ion batteries and lithium ion batteries comprising the same
Chen et al. Porous nitrogen–doped carbon-coated nano-silicon/graphite ternary composites as high-rate stability anode for Li-ion batteries
Han et al. Capitalization of interfacial AlON interactions to achieve stable binder-free porous silicon/carbon anodes
KR102299178B1 (en) Devices and methods for silicon oxide and anode material of silicon oxide
Hou et al. Deposition of silver nanoparticles into silicon/carbon composite as a high-performance anode material for Li-ion batteries
Ni et al. In situ formation of lif-rich carbon interphase on silicon particles for cycle-stable battery anodes
KR102687502B1 (en) SiOC for sodium ion battery and its manufacturing method, Anode material for sodium ion battery using this

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant