KR20120113995A - 나노 복합 소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 - Google Patents

나노 복합 소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 Download PDF

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KR20120113995A
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Abstract

본 발명은 그래핀, 및 상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 나노 복합 소재와, 이의 제조방법, 및 이를 전극 물질로 포함하는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 발명은 우수한 결정성을 갖는 나노 크기의 리튬 함유 금속 산화물이 고비표면적, 고 전기전도도의 그래핀과 결합된 나노 복합 소재는 고출력과 고에너지 밀도를 가지는 초고용량 커패시터, 및 고에너지 밀도의 리튬이차전지와 같은 에너지 저장 장치의 우수한 고효율 충방전 특성을 발현할 수 있는 효과를 가진다.

Description

나노 복합 소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치{Nano composite materials, method for preparing the same, and energy storage device comprising the same}
본 발명은 나노 복합 소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 에너지 밀도가 높고, 고출력 특성을 갖는 전극 제조를 위한 나노 복합소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
초고용량 커패시터는 수퍼 커패시터(Super capacitor) 또는 울트라 커패시터(Ultra capacitor) 등으로도 지칭된다.
초고용량 커패시터는 순간적으로 많은 전기 에너지를 충전 후 높은 전류를 수 초 또는 수 분에 걸쳐 순간적 혹은 연속적으로 방전, 공급하는 장수명, 고출력 전기에너지 저장 기기이다.
기후 변화 협약, 그린 카 및 그린 홈 등 국제적인 친환경 정책 및 녹색 기술의 전향적 보급 전망에 따라 전기 에너지를 효율적으로 저장하는 초고용량 커패시터 기술이 리튬이차전지 기술과 함께 기존 산업을 획기적으로 바꿀 수 있는 와해성 기술(disruptive technology)로 지정되고 있다.
이러한 초고용량 커패시터는 종래에 가전 및 휴대용 통신기기의 메모리 백업전원으로 한정적으로 사용되어 왔으나, 최근에는 이의 에너지 밀도 특성 향상에 따라 그 응용이 고출력 특성을 요구하는 IT, 유비쿼터스, 수송, 기계, 스마트 그리드(Smart Grid)와 같은 다양한 분야로 그 분야를 넓히고 있다.
현재 상용화된 초고용량 커패시터는 전기이중층 커패시터 (Electric Double Layer Capacitor, EDLC)로 높은 비표면적을 가지는 활성탄 (Activated Carbon)을 전극 소재로 사용한다. 전기이중층 커패시터는 활성탄/전해질 계면에 전해질 중 양이온 또는 음이온의 electrosorption/electrodesorption 반응을 이용하여 전하를 저장하며, 이때 전하저장 능력을 표시하는 비축전 용량(Specific capacitance)은 ~150 F/g로 보고되고 있다.
고출력 특성의 초고용량 커패시터의 경우 높은 비축전 용량의 전극 소재 개발을 통한 에너지밀도 향상이 요구되고 있다.
초고용량 커패시터의 에너지 밀도는 전극 소재의 비축전 용량에 일차 함수적으로 비례하며, 유비쿼터스, 수송, 기계, 스마트 그리드(Smart Grid) 산업군 등으로 확대 적용을 가속하기 위해서는 300 F/g 이상의 비축전 용량을 보유한 전극 소재의 연구개발이 필요하다.
전극 소재의 비축전 용량의 증가를 위해서 전기이중층 전하저장 특성의 탄소와 faradaic 반응에 의한 전하저장 특성을 보유한 전이금속산화물을 복합화하여 2개 이상의 전하 저장 반응이 하나의 전극 소재에서 작동하고 시너지 효과를 구현하는 나노 복합소재 개념이 핵심이다.
한편, 리튬이차전지는 에너지 밀도는 우수하나, 출력 특성이 부족하다는 단점이 있다. 이에 따라 에너지 밀도의 손실을 최소화하며, 출력 밀도의 향상을 위한 연구 개발이 나노전극 소재의 적용을 통하여 시도되고 있다.
고출력 특성의 초고용량 커패시터의 경우 에너지 밀도의 향상이 필요하며, 고에너지 밀도를 가지는 리튬이차전지의 경우 고출력 특성의 향상이 필요하다.
한편, 비수계 커패시터 및 리튬이차전지의 전극 소재인 LiMn2O4 의 경우 저가의 소재로서 높은 비축전 용량을 가져, 전극소재 응용을 위해 많은 연구가 진행되어 왔으며, LiMn2O4를 제조하는 방법으로는 리튬염과 망간염을 고상분말로 혼합하고, 이를 고온 열처리 (500℃ 이상) 하는 방법이 가장 많이 사용되며, 마이크로미터 크기의 분말 상태로 제조하여 사용하고 있다.
하지만, 금속산화물의 전기화학적 활용도를 최대로 하기 위하여 나노 크기의 리튬망간산화물의 개발이 요구된다. 이에 따라 나노 크기의 리튬망간산화물의 합성과 관련된 많은 연구가 진행되어 왔으나, 상당수의 연구는 나노 크기의 리튬망간산화물 간의 응집 (agglomeration)에 의해 나노 크기 입자의 높은 전기화학적 활용도를 달성하는데 어려움이 발생하고, 나노입자 합성 시 우수한 결정성이 확보되지 못하는 특징이 나타나 전기화학적 특성의 큰 향상을 가져오지 못하고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에너지 밀도가 높고, 고출력 특성을 갖는 전극 제조를 위한 나노 복합소재를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 나노 크기의 우수한 결정성을 가지는 상기 나노 복합소재의 제조방법을 제공하는 데도 있다.
본 발명의 추가의 다른 목적은 상기 나노 복합 소재를 전극 물질로 포함하는 에너지 저장장치를 제공하는 데도 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노 복합 소재는 그래핀; 및 상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 그래핀은 탄소 원자들이 sp2 결합에 의해 형성된 판상의 형태를 가지며, 그 두께는 0.34~4.0nm인 것이 바람직하다.
상기 그래핀은 2차원의 전자 전도 경로(conduction path)를 가지는 것일 수 있다.
상기 리튬 함유 금속 산화물은 다음 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다:
화학식 1
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상기 식에서, M은 망간, 니켈, 마그네슘, 코발트, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속이고, x는 0.01~4.0, y는 0.9~5.0, z는 1.9~12.0이다.
상기 그래핀 표면에 포함되는 리튬 함유 금속 산화물은 100nm 이하의 크기를 가지는 것일 수 있다.
상기 나노 복합 소재는 그래핀에 리튬 함유 금속 산화물이 적층된 3차원 구조를 가지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 금속 산화물과 그래핀을 반응시켜 금속 산화물/그래핀 전구체를 제조하는 단계, 및 상기 금속 산화물/그래핀 전구체에 리튬 이온 용액을 반응시켜 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 형성시키는 단계를 포함하는 단계를 포함하는 나노 복합 소재의 제조방법을 제공한다.
상기 금속 산화물/그래핀 전구체에서 상기 금속 산화물은 가수분해 반응으로 금속 이온 상태로 유지되는 것일 수 있다.
상기 가수분해된 금속 이온은 리튬 이온 용액에서 리튬 함유 금속 산화물로 환원되어 그래핀 표면에 석출되는 것일 수 있다.
상기 금속 산화물은 망간, 니켈, 마그네슘, 코발트, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
상기 그래핀은 분말 형태이거나 또는 수분산액 형태일 수 있다.
상기 금속 산화물/그래핀 전구체는 20~400℃의 온도에서 제조되는 것일 수 있다.
상기 금속 산화물과 그래핀은 1:99~99:1 범위의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 리튬 이온은 1가 리튬 이온일 수 있다.
상기 리튬 이온 용액은 리튬 이온을 포함하는 수화물, 질화물, 염화물, 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물의 형성은 20~500℃의 온도에서 수행될 수 있다.
그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물의 형성은 마이크로파 수열 반응 장치에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 그래핀; 및 상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 나노 복합 소재를 전극 물질로 포함하는 에너지 저장장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 우수한 결정성을 갖는 리튬 함유 금속 산화물이 수 나노미터 크기의 나노입자 형태로 그래핀 표면에 코팅된 나노 복합 소재를 제조할 수 있다.
따라서, 우수한 결정성을 갖는 나노 크기의 리튬 함유 금속 산화물이 고비표면적, 고 전기전도도의 그래핀과 결합된 나노 복합 소재는 고출력과 고에너지 밀도를 가지는 초고용량 커패시터, 및 고에너지 밀도의 리튬이차전지와 같은 에너지 저장 장치의 우수한 고효율 충방전 특성을 발현할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 복합 소재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬망간산화물이 코팅된 그래핀의 TEM 사진이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬망간산화물/그래핀 복합소재의 C 레이트 (C-rate)별 방전 곡선을 나타내는 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬망간산화물/그래핀 복합소재의 비축전용량의 C 레이트 (C-rate) 의존도를 나타내는 그래프이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬망간산화물/그래핀 복합소재의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 나노 복합 소재와 이의 제조방법, 및 이를 전극 물질로 포함하는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 나노 복합 소재는 그래핀; 및 상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 구조를 가진다.
그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 sp2 결합에 의해 형성된 판상의 형상을 가지며, 원자 한 층 정도의 두께, 약 0.34~4.0nm 인 2차원 형상의 탄소 나노 시트(nano sheet)이다.
기존 탄소 재료인 탄소나노튜브, 탄소나노섬유와 비교 시 화학적/구조적 안정성, 전기전도도(>100 S/m), 비표면적(2600㎡/g) 측면에서 우수한 특성을 가진다.
탄소 나노시트 형태인 그래핀은 2차원의 전자 전도 경로(conduction path)를 보유하고 있다. 따라서, 상기 그래핀의 우수한 전기 전도도와 매우 높은 비표면적을 이용하여 다양한 에너지 저장 장치의 전극 소재로서 이상적이라 할 수 있다.
따라서, 이와 같은 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인하여 그래핀계 소재의 합성 및 응용 기술은 기존 탄소 소재의 한계를 뛰어넘을 수 있는 돌파기술(Break Through Technology)로 평가될 수 있다.
상기 그래핀 표면에 형성되는 리튬 함유 금속 산화물은 다음 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다:
화학식 1
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상기 식에서, M은 망간, 니켈, 마그네슘, 코발트, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속이고, x는 0.01~4.0, y는 0.9~5.0, z는 1.9~12.0이다.
구체적으로는, 리튬이차전지 및 리튬이온 커패시터와 같은 전극 활물질로 사용되는 리튬 함유 물질이라면 그 종류에 제한을 두지 않고 모두 포함할 수 있다.
또한, 상기 리튬 함유 물질에는 망간, 니켈, 마그네슘, 코발트, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 다양한 금속이 치환된 리튬 함유 금속 산화물이 바람직하다.
상기 그래핀 표면에 포함되는 리튬 함유 금속 산화물은 100 nm 이하의 크기를 가지는 것이 금속산화물 내 리튬의 확산 거리를 줄일 수 있어 고율 충방전 특성을 향상시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 나노 복합 소재는 그래핀에 리튬 함유 금속 산화물이 적층된 3차원 구조를 가진다. 본 발명의 그래핀은 2차원 구조를 가지며, 상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 적층시킴으로써 3차원 구조를 가지도록 한 것이다.
이러한 구조적 특징으로 인해, 상기 나노 복합 소재를 리튬이차전지 및 리튬이온커패시터와 같은 초고용량 커패시터를 포함하는 에너지 저장장치의 전극 물질로 사용시 고효율의 방전 특성, 수명 특성 및 비축전용량을 가질 수 있다.
이하에서 본 발명에 따른 나노 복합 소재의 제조방법을 상세히 설명한다.
먼저, 제 1단계는 금속 산화물과 그래핀을 반응시켜 금속 산화물/그래핀 전구체를 제조한다.
상기 금속 산화물은 본 발명에 따른 리튬 함유 금속 산화물에 포함되는 금속 산화물을 의미하는 것으로, 망간, 니켈, 마그네슘, 코발트, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기와 같은 금속이 리튬에 치환되어 다양한 형태의 리튬 함유 금속 산화물 구조를 가진다. 예를 들어, 리튬망간산화물(LiMn2O4), 리튬코발트산화물(LiCoO2), 리튬니켈산화물(LiNiO2), 리튬망간코발트복합산화물(Li(NiMnCo)O2) 등과 같은 다양한 형태의 리튬 함유 금속 산화물 및 리튬 함유 금속 복합 산화물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속이 망간(Mn)인 경우, 상기 금속 산화물은 Mn7 + 용액인 KMnO4, NaMnO4, 혹은 Mn6 + 용액인 K2MnO4가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀은 분말 형태로 사용되거나, 또는 상기 분말을 물에 분산시킨 수분산액 형태로 사용될 수도 있다.
상기 금속 산화물과 그래핀을 혼합하여 약 20~400℃의 온도에서 반응시키면 금속 산화물/그래핀 전구체를 제조할 수 있다. 만일, 상기 환원 반응 온도가 너무 낮으면 환원반응이 너무 느리거나, 용해도 감소로 인해 염이 석출되는 문제점이 발생할 수 있고, 온도가 너무 높으면 전이금속 산화물이 용액 상에서 석출되는 어려움이 있을 수 있다.
또한, 상기 금속 산화물과 그래핀은 1:99~99:1 범위의 중량비로 혼합되는 것이 다음 단계의 리튬금속산화물/그래핀 복합소재의 금속산화물의 입자 형성 및 크기, 조성을 제어하고, 전극소재 적용시 고율 충방전 특성 향상에 유리하다.
두 번째 단계는, 상기 금속 산화물/그래핀 전구체에 리튬 이온 용액을 혼합하여 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 형성시킨다.
상기 리튬 이온은 1가 리튬 이온일 수 있다.
상기 리튬 이온 용액은 리튬 이온을 포함하는 수화물, 질화물, 염화물, 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물의 형성은 20~500℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물의 형성은 마이크로파 수열 반응 장치에서 수행되는 것이 바람직하다.
다음 도 1은 본 발명에 따른 나노 복합 소재의 제조 과정을 나타낸 흐름도이고, 이를 참조하여 각 단계별로 자세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는 그래핀 표면에 형성되는 리튬 함유 금속 산화물로서 리튬망간산화물을 일례로 들어 설명한다.
첫 번째 단계로, 망간 이온 용액과 그래핀을 혼합하여 일정온도로 유지하면서 반응시키면 망간산화물/그래핀 전구체를 제조할 수 있다. 상기 전구체에서 망간산화물(MnO2)는 그래핀 상에서 그대로 존재하게 된다.
그 다음, 상기 망간산화물/그래핀 전구체를 리튬 이온 용액에 혼합 후 일정한 온도로 유지시키면, 그래핀 표면에 리튬망간산화물이 형성된 나노 복합 소재를 얻을 수 있다.
이 단계에서는, 상기 망간산화물/그래핀 전구체 중의 망간산화물(MnO2)이 가수분해 반응이 일어나, Mn4 +의 이온 상태로 존재하다가, 상기 리튬 이온 용액에 의해 다시 리튬망간산화물로 환원되어 그래핀 표면에 석출되게 된다.
상기 리튬 이온 용액상에서 망간산화물/그래핀 전구체의 반응을 통해 LiMn2O4 나노 입자가 그래핀 상에 형성되는 과정은 다음 반응식 1과 같다.
(반응식 1)
MnO2 +2H2O → Mn4 + + 4OH-
8Mn4 + + 4Li+ + 36OH- → 4LiMn2O4 + 18H2O + O2
상기 반응식 1에 따르면, 전구체로 사용된 망간산화물/그래핀 상의 MnO2는 가수분해 반응을 통하여 Mn4 + 이온 상태로 존재하게 되며, Mn4 + 이온은 LiOH에 의해 LiMn2O4로 환원되어 그래핀 상에 석출되어 분포하게 된다.
상기 반응은 흡열 반응으로써 열 공급이 필요하고，본 발명에서는 마이크로파 수열 반응 장치를 통하여 열을 공급할 수 있다
　　　　　
한편, 본 발명은 상기 그래핀; 및 상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 나노 복합 소재를 전극 물질로 포함하는 에너지 저장장치를 제공하는 데 특징이 있다.
상기 본 발명의 나노 복합 소재가 전극 물질로 사용되는 경우, 통상의 전극 물질에 포함되는 바인더, 도전제, 및 기타 첨가제 등을 포함할 수 있으며, 그 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 에너지 저장장치는 리튬이차전지, 전기이중층 커패시터, 초고용량 커패시터 등이 있으나, 모든 종류의 에너지 저장장치라면 모두 가능하며 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
실시예 1 : 리튬망간산화물 / 그래핀 나노 복합 소재의 제조
0.1g 분말 형태의 그래핀을 200mL 의 0.03M KMnO4 용액과 섞어주고 70℃에서 8시간 동안 교반하였다. 상기 제조된 반응 생성물을 원심분리를 통하여 회수한 다음에, 용액 내에 잔류하는 이온을 완벽하게 제거하기 위하여 증류수로 수차례 세척하고, 오븐에서 80℃에서 24시간 건조하여 망간산화물/그래핀 전구체를 제조하였다.
상기 망간산화물/그래핀 전구체 0.3g을 40 mL 의 0.1M LiOH 수용액에 혼합한 후, 마이크로파 수열 반응 용기에 넣고, 마이크로파를 이용하여 200℃에서 30분 동안 반응을 진행하였다. 제조된 반응 생성물을 원심분리기를 통하여 회수하고, 증류수로 수차례 세척 후 오븐에서 100℃에서 24시간 건조하여 리튬망간산화물/그래핀 나노 복합 소재를 얻었다.
실시예 2 : 전극 제조
리튬망간산화물/그래핀 나노 복합 소재를 전극물질로 활용하기 위해 상기 실시예1에서 얻어진 리튬망간산화물/그래핀 나노복합소재, 도전제, 바인더를 85:10:5 의 중량 비율로 혼합된 슬러리를 제조하였다.
이때 도전제로서 아세틸렌 블랙 (acetylene black), 바인더로 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP, N-methyl-2-Pyrrolidone)에 녹인 PVDF를 사용하였다. 리튬망간산화물/그래핀 나노복합소재 분말에 도전제를 첨가하고 이를 다시 볼 밀(ball mill)을 사용하여 균일하게 혼합한 후에, 바인더와 NMP를 첨가하고, 다시 볼 밀을 사용하여 균일하게 혼합하였다.
상기 방법으로 제조된 균일한 슬러리를 티타늄 (Ti) 포일 집전체에 도포하여 전극 제조 후 오븐에서 100℃에서 12시간 동안 건조하였다.
실험예 1 : 나노 복합 소재의 구조 확인
상기 실시예 1에 따라 얻어진 나노 복합 소재의 구조를 투과전자현미경(TEM)으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 2에 나타내었다.
다음 도 2에서와 같이, 나노 결정 구조를 가지는 그래핀 표면에 리튬망간산화물이 균일하게 코팅된 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 그래핀 표면에 형성된 리튬망간산화물은 10 nm 이하의 아주 미세한 나노 입자 크기로 형성된 것을 알 수 있다. 따라서, 2차원적 구조의 그래핀 상에 상기 미세 나노 입자의 리튬망간산화물이 형성된 3차원적 구조의 나노 복합 소재를 가지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2 : 나노 복합 소재의 전지 특성 측정
상기 실시예 2에 따라 제조된 전극을 포함하는 에너지 저장 장치를 제조하여, 그 특성을 평가하였으며, 그 결과를 다음 도 3~5에 나타내었다.
다음 도 3은 상기 실시예 2에 따른 리튬망간산화물/그래핀 복합소재의 C 레이트 (C-rate)별 방전 곡선을 나타낸 것으로서, 우수한 비축전용량을 나타내는 것을 알 수 있다.(137 mAh/g at 1C rate) 또한 높은 C 레이트 값에서도 전압강하 폭이 월등히 적게 일어나는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 상기 실시예 2에 따른 리튬망간산화물/그래핀 복합소재의 비축전용량의 C 레이트 (C-rate) 의존도를 나타내는 그래프로서, 20C rate에서 92%, 50C rate에서 85%로 나타나 고율충방전 특성이 월등히 우수함을 확인할 수 있다.
도 5는 상기 실시예 2에 따른 리튬망간산화물/그래핀 복합소재의 수명특성을 나타내는 그래프로서, 수명 특성 평가 또한 우수한 것으로 확인되었다.

Claims (18)

  1. 그래핀;
    상기 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 나노 복합 소재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀은 탄소 원자들이 sp2 결합에 의해 형성된 판상의 형태를 가지며, 그 두께는 0.34 ~ 4.0 nm인 것인 나노 복합 소재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀은 2차원의 전자 전도 경로(conduction path)를 가지는 것인 나노 복합 소재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 리튬 함유 금속 산화물은 다음 화학식 1로 표시되는 것인 나노 복합 소재:
    화학식 1
    LixMyOz
    M은 망간, 니켈, 마그네슘, 코발트, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속이고, x는 0.01~4.0, y는 0.9~5.0, z는 1.9~12.0이다.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀 표면에 포함되는 리튬 함유 금속 산화물은 100 nm 이하의 크기를 가지는 것인 나노 복합 소재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 복합 소재는 그래핀에 리튬 함유 금속 산화물이 적층된 3차원 구조를 가지는 것인 나노 복합 소재.
  7. 금속 산화물과 그래핀을 반응시켜 금속 산화물/그래핀 전구체를 제조하는 단계,
    상기 금속 산화물/그래핀 전구체에 리튬 이온 용액을 반응시켜 그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물을 형성시키는 단계를 포함하는 나노 복합 소재의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 금속 산화물/그래핀 전구체에서 상기 금속 산화물은 가수분해 반응으로 금속 이온 상태로 유지되는 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 가수분해된 금속 이온은 리튬 이온 용액에서 리튬 함유 금속 산화물로 환원되어 그래핀 표면에 석출되는 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 금속 산화물은 망간, 니켈, 마그네슘, 코발트, 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 그래핀은 분말 형태이거나 또는 수분산액 형태인 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 금속 산화물/그래핀 전구체는 20~400℃에서 제조되는 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 금속 산화물과 그래핀은 1:99~99:1 범위의 중량비로 반응되는 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  14. 제 7항에 있어서，상기 리륨 이온은 1가 리륨 이온인 나노 복합 소재의 제조방법.
  15. 제 7항에 있어서，상기 리륨 이온 용액은 리튬 이온을 포함하는 수화물, 질화물, 염화물, 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  16. 제 7항에 있어서，그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물의 형성은 20~500℃에서 수행되는 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  17. 제 7항에 있어서，그래핀 표면에 리튬 함유 금속 산화물의 형성은 마이크로파 수열 반응 장치에서 수행되는 것인 나노 복합 소재의 제조방법.
  18. 제1항에 따른 나노 복합 소재를 전극 물질로 포함하는 에너지 저장장치.
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