KR20140031953A - Three-dimensional porous silicon-based composite negative electrode material of lithium ion cell and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이온전지 다공성 실리카계 복합 음극재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 3D망상구조를 구비하여 전극활성물질이 균일하게 음극재료 내부와 표면에 분포되게 하고 내고온 특성과 양호한 전도성을 구비하는 집전체 재료 예컨대 구리박그물, 구리사그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 구비한다. 또한 침지시키는 방법으로 실리콘 혹은 실리콘과 금속 M의 혼합물의 슬러리와 구리박그물, 구리사그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 결합하고 열처리(합금화 혹은 어닐링처리)방식으로 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 형성한다. 본 발명 중 3D다공성 구조, 실리카금속합금의 형성 및 음극재료와 3D다공성 집전체재료지간의 양호한 결합력은 다공성 실리카계 복합 음극재료로 제조한 전지가 비교적 높은 방전 비용량, 초기 충방전효율 및 양호한 사이클 성능을 구비하게 한다.The present invention relates to a lithium ion battery porous silica-based composite negative electrode material and a method of manufacturing the same. The present invention has a 3D network structure so that the electrode active material is uniformly distributed on the inside and the surface of the negative electrode material, and has a high temperature resistance and good conductivity, such as copper foil, copper sand, copper foam or nickel foam It is provided. In addition, the immersion method combines a slurry of silicon or a mixture of silicon and metal M with copper foil, copper sand, copper foam or nickel foam and forms a 3D porous silica-based composite anode material by heat treatment (alloying or annealing). do. According to the present invention, the 3D porous structure, the formation of the silica metal alloy, and the good bonding strength between the negative electrode material and the 3D porous current collector material are relatively high in discharge capacity, initial charge and discharge efficiency, and good cycle. Performance.

Description

리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료 및 그 제조방법{THREE-DIMENSIONAL POROUS SILICON-BASED COMPOSITE NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL OF LITHIUM ION CELL AND PREPARATION METHOD THEREOF}Lithium-ion battery 3D porous silica-based composite anode material and manufacturing method therefor {THREE-DIMENSIONAL POROUS SILICON-BASED COMPOSITE NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL OF LITHIUM ION CELL AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 리튬이온전지 전극재료의 기술분야에 속하며 구체적으로 리튬이온전지 다공성 실리카계 복합 음극재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention belongs to the technical field of lithium ion battery electrode material, and specifically relates to a lithium ion battery porous silica-based composite anode material and a method of manufacturing the same.

리튬이온전지의 연구분야에서 연구의 중점은 음극재료에 있다. 바람직한 음극재료는 응당①양호한 충방전 가역성 및 사이클수명을 구비하고, ②초기비가역용량이 비교적 작아야하고, ③전해질용매와의 상용성이 양호해야 하고, ④높은 비용량을 구비하고, ⑤안전하고 오염이 없어야하며, ⑥자원이 풍부하고 가격이 저렴해야하는 등과 같은 몇가지 조건에 부합되어야 한다. 현재의 음극재료들은 상기의 요구들을 동시에 만족시키기 어렵고 현재 리튬이온전지 상업화된 음극재료로는 탄소계 재료(흑연, 난흑연화성 탄소 및 이흑연화성 탄소 등)가 사용되는데 이의 리튬의 삽입과 방출과정 중 체적팽창율은 대략 9%이하로 비교적 높은 쿨롱효율과 양호한 사이클 온정성을 나타낸다. 그러나 흑연전극 자체의 비교적 낮은 이론적 리튬저장용량(LiC6,372mAh/g)으로하여 더 큰 진보를 기대하기 어렵다. 그러므로 고비용량, 고충방전효율, 고사이클성능, 고배율충방전성능이 좋고 높은 안정성을 가지며 단가가 저렴한 신형의 음극재료를 연구 및 개발하여 낼 것이 급박히 요구되고 있고 이는 이미 리튬이온전지 연구분야에서 주목받는 과제로 대두되고 있는바 리튬이온전지의 발전에 대해 아주 중요한 의의를 가지고 있다.In the research field of lithium ion batteries, the focus of research is on anode materials. Preferred cathode materials should have good charge-discharge reversibility and cycle life, ② the initial non-reversible capacity should be relatively small, ③ good compatibility with electrolyte solvents, ④ high specific capacity, ⑤ safe and contaminated ⑥ There must be several conditions, such as ⑥ abundant resources and low price. Current anode materials are difficult to satisfy the above requirements at the same time, and carbon-based materials (graphite, non-graphitizable carbon and digraphitizable carbon, etc.) are used as anode materials commercialized in current lithium ion batteries. The volume expansion coefficient is about 9% or less, indicating relatively high coulombic efficiency and good cycle stability. However, due to the relatively low theoretical lithium storage capacity (LiC6,372mAh / g) of the graphite electrode itself, it is difficult to expect further progress. Therefore, it is urgently required to research and develop a new anode material having high specific capacity, high charging and discharging efficiency, high cycle performance, high magnification charging and discharging performance, high stability, and low cost, which is already drawing attention in the field of lithium ion battery research. As a problem to be received, it has a very important significance for the development of lithium ion batteries.

신형의 비탄소 음극재료에 대한 연구 중 Si、Al、Mg、Sn등 Li와 합금화할 수 있는 금속 및 기타 합금류 재료들을 발견하였는데 이들의 비가역 리튬저장용량은 흑연류 음극보다 현저히 높고 그중 실리콘은 가장 높은 이론적 리튬저장용량(Li22Si5,4200mAh/g)을 구비하고, 리튬삽입 전위가 낮고(0.5V vs Li/Li+보다 낮음), 전해액 반응활성이 낮으며 자연계 중 저장량이 풍부하고 가격이 저렴한 등 우점을 가지고 있어 촉망받고 있다. 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘금속화물 및 실리콘/탄소 복합재료는 현재 제일 많이 연구되고 있는 실리카계 재료이다. 그러나 실리콘은 일종의 반도체재료로서 전도성이 제한되고 상규적인 전해액과 상용되지 못한다. 실리카계 재료는 고도의 리튬 삽입방출과정에서 일반적인 합금속재료와 유사하게 모두 아주 현저한 체적팽창현상이 존재한다(체적팽창율>300%) . 이로부터 산생된 기계적 응력은 전극재료가 사이클과정에서 점차적으로 분말화되고 재료구조가 파괴되어 활성물질지간의 전기적 접촉을 잃게되며 사이클 성능이 감소되게 된다. 이외, 실리카계 재료는 초기비가역용량이 비교적 큰데 이는 가능하게 전해액의 분해와 산화물 등 잡질의 존재로 하여 인한것이다. 상기 원인으로 말미암아 실리카재료의 상품화 응용이 제한받고 있다. 이로인해 고용량을 획득하는 동시에 실리카재료의 사이클 온정성을 보완하고 그 초기비가역용량을 감소하여 상품화와 실용화를 실현하는 것이 이들 재료의 연구의 중점과 난제로 되고 있다.In the study of new non-carbon anode materials, we found metals and other alloy materials that can be alloyed with Li such as Si, Al, Mg and Sn. Their irreversible lithium storage capacity is significantly higher than that of graphite anodes, and silicon is the most It has high theoretical lithium storage capacity (Li22Si5, 4200mAh / g), low lithium insertion potential (lower than 0.5V vs Li / Li +), low electrolyte reaction activity, rich storage capacity and low price in nature. Silicon, silicon oxide, silicon metallization and silicon / carbon composites are the most studied silica-based materials, but silicon is a kind of semiconductor material with limited conductivity and incompatible with conventional electrolytes. Silica-based materials are all very remarkable in volume expansion, similar to those of ordinary alloy materials during advanced lithium insertion and release processes. Phase exists (volume expansion> 300%) The mechanical stress generated from this results in the electrode material gradually becoming powdered during the cycle, the structure of the material is destroyed, and the electrical contact between the active materials is lost and the cycle performance is reduced. In addition, silica-based materials have a relatively high initial irreversible capacity, possibly due to the decomposition of electrolytes and the presence of miscellaneous materials such as oxides, etc. Due to these reasons, the commercialization of silica materials is limited. Complementing the cycle warmth of silica materials and reducing their initial irreversible capacity to realize commercialization and commercialization has become an important and difficult point of research on these materials.

현재까지 실리카 음극재료의 성능을 제고시키기 위하여 아래와 같은 방법들이 시도되어 왔다: 실리카계 음극재료의 조성과 미세구조에 대한 설계를 통하여 그 체적변화를 억제하고 전도성을 개선, 실리카계 음극재료에 합당한 바인더 및 전해액첨가제를 개발, 새로운 집전장치 및 전극구조의 탐색 등. 그중, 실리카계 재료 자체의 전기화학적 성능의 개진이 여전히 실리카음극을 상품화하는 관건적인 요인으로 작용하고 있다. 실리카계 재료를 개진하는 주요한 방침은 재료의 조성과 미세구조를 설계하여 실리콘의 체적효과에 적응하고 전극의 전기전도 시스템을 유지하는 방향으로 나노화, 박막화, 복합화, 다공화 등 도경을 통하여 실현하고 있다.Until now, the following methods have been tried to improve the performance of silica anode materials: Binder suitable for silica anode materials by suppressing the volume change and improving conductivity through the design and composition of silica anode materials And the development of electrolyte additives to explore new current collectors and electrode structures. Among them, the improvement of the electrochemical performance of the silica-based material itself is still a key factor in commercializing the silica cathode. The main policy to promote silica-based materials has been realized through nano-, thin-film, composite, and porous systems in order to adapt the volume effect of silicon by designing the composition and microstructure of the material, and to maintain the electrical conductivity system of the electrode. .

(1)활성체의 미립자 사이즈(예컨대 나노사이즈)를 감소하는 것은 합금온정성을 제고시키는 하나의 도경이다. 나노재료는 비표면적이 크고 이온확산 도경이 짧으며 연동성이 강하고 가소성이 높은 등 특징을 가지고 있어 합금재료의 체적효과를 어느 정도 완화할 수 있고 전기화학적 성능을 제고시킬 수 있다. 그러나 초미분 특히 나노재료는 더욱 많은 산화물 잡질을 야기시고 더욱 많은 표면막을 형성하며 비교적 많은 전해액 침전과 삼투를 생성시키는데 이러한 것들은 모두 초기비가역용량의 증가를 초래하며 초기 사이클효율을 현저히 감소시킨다. 또한 나노재료는 사이클 과정 중 격렬한 응집이 발생하여 응집 후 재료는 상기에서 언급한 나노입자의 특성을 나타내지 않으므로 그 사이클 성능의 향상을 억제한다. (1) Reducing the particle size (for example, nanosize) of the active material is one way of improving alloy stability. Nanomaterials have features such as large specific surface area, short ion diffusivity, strong interlocking and high plasticity, which can alleviate the volume effect of alloying materials to some extent and improve electrochemical performance. However, ultrafine powders, especially nanomaterials, produce more oxide impurities, form more surface films, and produce more electrolyte precipitation and osmosis, all of which lead to an increase in initial irreversible capacity and significantly reduce initial cycle efficiency. In addition, the nanomaterials undergo vigorous agglomeration during the cycle, so that the material after the agglomeration does not exhibit the characteristics of the nanoparticles mentioned above, thereby suppressing the improvement of the cycle performance.

(2)재료의 박막화 또한 재료의 사이클 온정성을 제고시키는 유효한 방법 중의 한가지이다. 그 이유는 박막재료가 비교적 큰 비표면적과 두께의 비율 가지고 있고 재료를 박막화하면 합금으로 인한 체적팽창효과를 효과적으로 완화하여 용량의 감소를 억제하고 사이클 온정성을 제고할 수 있다. 또한 재료의 박막화는 리튬이온으로 하여금 신속히 확산하게 하여 재료의 가역성 및 큰 전류의 사이클 온정성이 양호하다. (2) Thinning of the material is also one of the effective methods for improving the cycle warmth of the material. The reason is that the thin film material has a relatively large specific surface area and thickness ratio, and when the material is thinned, the volume expansion effect due to the alloy can be effectively alleviated, thereby reducing the capacity reduction and improving cycle stability. In addition, the thinning of the material allows lithium ions to diffuse rapidly, so that the reversibility of the material and the cycle stability of the large current are good.

(3)복합화는 복합재료의 각 조성성분 지간의 상승효과를 이용하여 상호보완 목적을 달성할 수 있다. 주요하게는 실리콘의 활성상 체적효과를 감소함과 동시에 전도성이 좋고 체적효과가 작은 활성 혹은 비활성 완충 기질체를 도입하여 다상 복합음극재료를 제조하여 체적보상 및 전도성 증가 등 방식으로 재료의 장기적 사이클 온정성을 제고한다. 도입된 분산 기질체의 유형에 따라 대체적으로 실리콘-비금속복합체와 실리콘-금속복합체 두가지 유형으로 나뉠 수 있다.  (3) Compounding can achieve the complementary purpose by using the synergistic effect between each component of the composite material. The main effect is to reduce the volumetric effect of the active phase of silicon and to produce multiphase composite cathode materials by introducing active or inert buffer substrates with good conductivity and low volumetric effect. Improve your sincerity. Depending on the type of dispersing matrix introduced, there are generally two types of silicon-non-metal complexes and silicon-metal complexes.

근래에는 실리카금속 복합재료(Si-metal composite materials)가 전지 연구자들의 중시를 받고 있다. 실리콘과 온정한 화합물을 형성할 수 있는 금속원소로는 Li、Fe、Ti、Mn、Cu、Co、Ni、Al、Zn、Sn、Mg등이 있다.In recent years, Si-metal composite materials have received much attention from battery researchers. Examples of metal elements capable of forming a compound with silicon include Li, Fe, Ti, Mn, Cu, Co, Ni, Al, Zn, Sn, and Mg.

실리콘과 온전한 화합물을 형성시킬 수 있는 금속원소와 실리콘을 합금화 혹은 부분 합금화하여 금속의 양호한 전기전도성, 연신성 및 기계적강도가 높은 우점을 충분히 이용할 수 있는바 금속의 첨가는Si와 리튬의 전하전달 반응을 제고시켜 실리콘전극의 전기전도성을 향상시킬 뿐만아니라 실리콘의 충방전 중에서의 체적변화를 억제 혹은 완화할 수 있다.Metal elements capable of forming intact compounds with silicon are alloyed or partially alloyed with silicon to take advantage of the advantages of good electrical conductivity, elongation and high mechanical strength of the metal. The addition of metal is a charge transfer reaction of Si and lithium. In addition to improving the electrical conductivity of the silicon electrode, the volume change during charge / discharge of the silicon can be suppressed or alleviated.

즉 금속과 복합하는 목적은 일방면으로는 실리콘의 전기전도성을 제고하고 다른 한방면으로는 분산 및 완화 작용을 하기 위해서이다. 현재까지 보도된 실리콘 금속 복합재료로는 Si-Ni-C, Si-Mn, Al-Si-Mn, FeSi-C, Si-Co-Co3O4, Si-Zn-C, Si-Al-Mn、Si-Al-Sn, Si-Mn-C, Si-Cu-C, Si-Sn-C, Ti-Si 및 Ti-Si-Al 등이 있다. 금속이 리튬삽입 활성이 있는지 여부에 따라 실리콘-금속복합체는 실리콘/불활성 리튬삽입 금속 복합체와 실리콘/활성 리튬삽입 복합체 두가지 부류로 나뉜다. 현재까지의 연구로부터 볼 때, 실리콘/불활성 리튬삽입 금속 복합체의 순환 온정성이 비교적 양호하고 실리콘/활성 리튬삽입 금속 복합체의 용량이 비교적 높다.That is, the purpose of compounding with metal is to improve the electrical conductivity of silicon on one side and to disperse and relax on the other side. The silicon metal composite materials reported to date are Si-Ni-C, Si-Mn, Al-Si-Mn, FeSi-C, Si-Co-Co3O4, Si-Zn-C, Si-Al-Mn, Si- Al-Sn, Si-Mn-C, Si-Cu-C, Si-Sn-C, Ti-Si, Ti-Si-Al, and the like. Depending on whether the metal has lithium intercalation activity, the silicon-metal complex is divided into two classes: silicon / inert lithium intercalation metal complex and silicon / active lithium intercalation complex. From the studies to date, the circulating warmth of the silicon / inert lithium compound metal composite is relatively good and the capacity of the silicon / active lithium compound metal composite is relatively high.

활성 리튬삽입금속재료(M=Sn、Mg、Al등)는 자체가 리튬삽입 성능을 구비하므로 이를 활성중심으로하는 Si、M의 부동한 전위에서의 리튬삽입 효과를 이용하여 재료의 체적팽창이 부동한 전위하에서 발생하게 하여 체적효과로 인한 내부응력을 완화하여 재료의 구조적 온정성을 증강하고 그의 순환성능을 제고할 수 있다. 그중 주석이 Li4.4Sn합금을 형성 시 이론적 단위질량당 전기화학적 비용량이 994mAh/g이고, 단위체적당 전기화학적 비용량이 7200mAh/cm3. Al의 이론적 비용량은 2235mAh/g이고, Mg의 이론적 비용량은 2205mAh/g으로 탄소계 재료에 비하여 높은 비용량을 가지고 있으며 이는 전기기구의 소형화 발전에 아주 중요한 의의가 있다. 종래기술에 대한 검색을 거쳐Kim H 등이《Journal of The Electrochemical Society》1999년 제146볼륨 제12기4401-4405페이지에서 발표한 논문“The insertion mechanism of lithium into Mg2Si anode material for Li-ion batteries” (리튬이온 전지Mg2Si음극재료의 리튬삽입 메커니즘)을 발견하였고 그중 기상증착법으로Mg2Si 나노합금을 제조하고 초기 리튬삽입 용량이 1370mAh/g에 달하나 전극재료의 사이클성능이 아주 나쁘고 10회의 사이클 후 용량이 200mAh/g이하에 달한다고 공개하였습니다.Since the active lithium insertion metal material (M = Sn, Mg, Al, etc.) has its own lithium insertion performance, the volume expansion of the material is floating by utilizing the lithium insertion effect at different potentials of Si and M which are active centers. It can be generated under one potential to relieve internal stress due to volume effects, thereby enhancing the structural warmth of the material and improving its circulation performance. Among them, when tin forms Li4.4Sn alloy, the electrochemical specific capacity per theoretical unit mass is 994 mAh / g, and the electrochemical specific capacity per unit volume is 7200 mAh / cm3. The theoretical specific capacity of Al is 2235 mAh / g, and the theoretical specific capacity of Mg is 2205 mAh / g, which has a higher specific capacity than carbon-based materials, which is very important for miniaturization and development of electric appliances. After searching for the prior art, Kim H et al. Published a paper published in Journal of The Electrochemical Society (1999), 146 Volume 12, page 4401-4405, “The insertion mechanism of lithium into Mg2Si anode material for Li-ion batteries”. (Lithium insertion mechanism of lithium ion battery Mg2Si cathode material) was found, among which Mg2Si nanoalloy was manufactured by vapor deposition and the initial lithium insertion capacity reached 1370mAh / g, but the cycle performance of electrode material was very bad and the capacity after 10 cycles It is said to reach 200mAh / g or less.

비활성 리튬삽입 금속재료는 자체가 리튬삽입 성능을 구비하지 않으므로 재료의 사이클 성능은 제고시킬 수 있으나 비활성 기질체가 활성재료의 체적변화에 대한 완화작용이 제한된다. 또한 전지조립 과정 중 일정 체적(용량)의 재료가 용량에 대해 공헌이 없으므로 조립된 전지의 체적에너지밀도(질량에너지밀도)가 제한되게 하여 이러한 재료가 미래의 고에너지밀도 전지 중에서의 응용이 제약받고 있다.Since the inert lithium insert metal material itself does not have a lithium insertion capability, the cycle performance of the material can be improved, but the inert substrate is limited in mitigating the volume change of the active material. In addition, since a certain volume (capacity) of material does not contribute to capacity during the battery assembly process, the volume energy density (mass energy density) of the assembled battery is limited, so that the application of these materials is limited in future high energy density cells. have.

이로부터 실리카계 복합재료에 대한 연구성과는 그의 산업화와는 아직 큰 거리가 있음을 알 수 있다. 따라서 체적변화에 대한 완화작용이 더욱 크고 더 높은 전기전도성을 갖는 기질을 찾아내고 성능이 더 우월한 복합구조를 설계 및 구축하는 것은 앞으로 실리카계 복합재료의 발전에 있어서의 주요한 방향으로 되고 있다.From this, it can be seen that the research results on the silica-based composite material are far from their industrialization. Therefore, finding substrates with greater mitigation effects and higher electrical conductivity and designing and constructing composites with superior performance has become a major direction in the development of silica-based composites.

(4)다공성 구조를 설계하여 팽창공간을 미리 남겨둔다. 다공성 재료는 그의 독특한 구조로 인해 아래와 같은 우점을 가지고 있다: ①다공성 구조는 비교적 높은 비표면적을 가지고 있고 큰 구멍은 액체 전해질이 운반되도록 한다, ②다공성 구조는 전해액과 활성재료가 충분히 접촉되도록 하여 리튬이온의 확산도경을 감소한다, ③다공성 구조는 리튬이온의 전도율을 제고하여 전기화학적 반응속도를 제고한다, ④다공성 구조는 반응활성 부위를 제공하여 전기화학적 반응속도를 제고한다, ⑤바인더와 도전제를 첨가할 필요가 없다, ⑥효과적으로Si의 체적팽창 효과를 흡수하거나 완화하여 재료의 사이클성능을 제고한다. (4) Design the porous structure to leave the expansion space in advance. The porous material has the following advantages due to its unique structure: (1) The porous structure has a relatively high specific surface area and large pores allow the liquid electrolyte to be transported. (2) The porous structure ensures sufficient contact between the electrolyte and the active material. It reduces the diffusivity of the ions, ③ The porous structure improves the electrochemical reaction rate by increasing the conductivity of lithium ions, ④ The porous structure provides the active site for reaction, improving the electrochemical reaction speed, ⑤Binder and conductive agent There is no need to add ⑥ to effectively absorb or mitigate the volume expansion effect of Si to improve the cycle performance of the material.

상기로부터 알 수 있다시피, 나노재료를 이용하여 합금재료의 사이클 성능을 개진하는 효과가 이상적이지 못하고 단일 활성첨가 혹은 비활성 첨가는 비록 부분적으로 실리카계재료의 체적팽창을 억제하나 실리콘의 분산과 응집문제를 완전히 해소할 수 없다. 아울러 대규모 생산 및 제조단가를 고려할 때 복합화 및 다공성상을 결합한 음극재료를 제조하는 것은 실리카계 음극재료 발전에 있어서의 주요한 방침이다.As can be seen from the above, the effect of promoting the cycle performance of the alloying material using nanomaterials is not ideal and the single active addition or inert addition partially inhibits the volume expansion of the silica-based material, but the dispersion and aggregation problems of silicon Cannot be completely solved. In addition, in consideration of large-scale production and manufacturing costs, manufacturing a negative electrode material combining a complex and a porous phase is a major policy in the development of a silica-based negative electrode material.

본 발명의 목적은 종래의 실리카계 음극을 이용하여 제조된 전지의 충방전 비용량, 초기 충방전 효율 및 사이클 성능이 이상적이지 못하고 리튬이온 전지의 산업화에 응용할 수 없는 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단가가 낮고 리튬이온 전지의 산업화에 응용할 수 있는 3D 다공성 실리카계 복합재료 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 활성/활성 복합체, 활성/비활성 복합체 및 다공화 방법을 종합하여 제조된 리튬이온 전지 3D망상 다공성 실리카 금속복합 음극재료는 실리카 음극재료의 전도성을 제고함과 동시에 그 체적팽창 문제를 완화하여 전기화학적 성능을 제고하였다(비용량, 배율성능, 특히 사이클 성능).An object of the present invention is to solve the problem that the charge and discharge specific capacity, initial charge and discharge efficiency and cycle performance of a battery manufactured using a conventional silica-based negative electrode is not ideal and can not be applied to the industrialization of lithium ion batteries In addition, the present invention provides a 3D porous silica-based composite material having low unit cost and applicable to industrialization of a lithium ion battery, and a method of manufacturing the same. The lithium ion battery 3D reticulated porous silica metal composite anode material manufactured by integrating the active / active composite, the active / inactive composite and the porosity method of the present invention improves the conductivity of the silica anode material and alleviates its volume expansion problem. Improved electrochemical performance (specific capacity, magnification performance, especially cycle performance).

상기 목적을 달성하기 위하여 본원 발명은 하기와 같은 단계를 포함하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite anode material comprising the following steps:

단계(1):3D다공성 집전체재료를 세척, 상기 3D다공성 집전체재료의 재질은 비활성 리튬삽입 금속이며, 상기 비활성 리튬삽입 금속은 리튬과 금속간의 화합물 혹은 합금을 형성할 수 없는 금속이고, 경제적 단가를 고려하여 상기 비활성 리튬삽입 금속은 바람직하게 구리박그물, 구리사그물, 구리거품 및 니켈거품 중에서 선택되는 일종이다. Step (1): Washing the 3D porous current collector material, the material of the 3D porous current collector material is an inert lithium insert metal, the inert lithium insert metal is a metal that can not form a compound or alloy between lithium and metal, economical In consideration of the unit price, the inert lithium insertion metal is preferably a kind selected from copper foil, copper tetrag, copper foam, and nickel foam.

단계(2): 실리콘 혹은 실리콘과 금속 M의 혼합물, 바인더를 용매에 투입하여 충분히 교반하여 슬러리를 제조하고, 상기 용매는 수성용매 혹은 유성용매이다, 상기 3D 다공성 집전체재료를 상기 슬러리 중에 침지하여 충분한 침지를 거친 후 표면의 불필요한 슬러리를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 3D 다공성 집전체 재료체를 형성한다, 이어서 상기 슬러리가 침지된 3D 다공성 집전체 재료체를 80~90℃조건하에서0.5~1시간 진공건조하고 2~6MPa압력하에서 롤인(roll-in)하여 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다, 그중 상기 금속M는 활성 리튬삽입 금속다.Step (2): a silicon or a mixture of silicon and metal M and a binder are added to a solvent to stir sufficiently to prepare a slurry, and the solvent is an aqueous solvent or an oil solvent, and the 3D porous current collector material is immersed in the slurry. After sufficient immersion, lightly scrape off the unnecessary slurry on the surface to form a slurry-immersed 3D porous current collector material, and then the slurry-immersed 3D porous current collector material under 80-90 ° C. for 0.5 to 1 hour. Vacuum drying and roll-in under 2-6 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor, wherein the metal M is an active lithium intercalation metal.

단계(3): 단계(2)에서 획득한 상기 3D다공성 실리카계 복합 전극전구체를 진공 혹은 불활성 분위기에서 열처리하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는다. Step (3): The 3D porous silica-based composite electrode precursor obtained in step (2) is heat-treated in a vacuum or inert atmosphere to obtain a 3D porous silica-based composite anode material.

상기 기술방안 중 단계(1)에서의 세척 단계는 다음과 같다: 3D 다공성 집전체재료 예컨대 그리박막 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척을 한다. 사용한 시약은 모두 분석용 시약이고 용액은 이차 증류수로 제조한다. 세척의 목적은 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거하기 위하여서이다.The washing step in step (1) of the technical scheme is as follows: 3D porous current collector material such as grithin film net, copper yarn net, copper foam or nickel foam in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydride. Follow ultrasonic cleaning. The reagents used are all analytical reagents and the solution is prepared with secondary distilled water. The purpose of cleaning is to remove miscellaneous substances such as grease and surface oxides from the surface.

상기 단계(1) 중, 상기 3D 다공성 집전체 재료의 평균공극지름(bore diameter)는 100내지 200μm, 두께는400내지 1000μm이다.In the step (1), the average bore diameter of the 3D porous current collector material is 100 to 200 m, and the thickness is 400 to 1000 m.

상기 단계(2) 중, 상기 실리콘 실리콘과 금속 M의 혼합물은 분말형태로 존재하고 입도는 미크론급, 서브미크론급 혹은 나노미터급이다. 상기 금속M는 활성 리튬삽입 금속이고 상기 활성 리튬삼입 금속은 리튬과 금속간 화합물 혹은 함금을 형성할 수 있는 금속을 말하며 예컨대 마그네슘, 칼슘, 알루미니움, 게르마늄, 주석, 납, 아세닉, 스티보늄, 비스무트, 백금, 은, 금, 아연, 카드뮴, 인듐 등을 들 수 있으며, 상기 실리콘과 금속 M의 혼합물은 실리콘과 활성 리튬삽입 금속 중의 임이의 일종 혹은 2종 이상을 혼합하여 이루어진 혼합물로서 그중 활성 리튬삽입 금속의 순도는 적어도 99.5%이다. During step (2), the mixture of silicon silicon and metal M is in powder form and the particle size is micron, submicron or nanometer. The metal M is an active lithium intercalation metal, and the active lithium intercalation metal refers to a metal capable of forming an intermetallic compound or alloy with lithium. For example, magnesium, calcium, aluminium, germanium, tin, lead, arsenic, and stenium , Bismuth, platinum, silver, gold, zinc, cadmium, indium, and the like. The mixture of silicon and metal M is a mixture formed by mixing any one or two or more of silicon and an active lithium-inserted metal. The purity of the lithium intercalated metal is at least 99.5%.

환경보호와 경제적 단가를 고려하여 바람직하게는 주석, 마그네슘 및 알루미니움 중에서 일종 혹은 일종 이상을 조합하여 사용할 수 있고 상기 실리콘, 주석, 마그네슘, 알루미니움의 순도는 적어도 99.5%이다.In consideration of environmental protection and economic cost, preferably one or more combinations of tin, magnesium and aluminum may be used, and the purity of the silicon, tin, magnesium and aluminium is at least 99.5%.

상기 단계(2) 중 상기 수성용제는 물 혹은 에탄올 수용액이고 상기 유성 용제는 노말 메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드 혹은 디메틸설폭시드이다.The aqueous solvent in step (2) is water or an ethanol aqueous solution and the oily solvent is normal methylpyrrolidone, dimethylformamide or dimethyl sulfoxide.

실리콘과 금속 M 혼합물 중 실리콘과 금속 M의 비율은 복합재료의 용량 및 사이클 온정성에 직접적으로 영향을 준다. 각 성분간의 양호한 협동효과를 발휘하도록 하기 위하여 즉 실리콘의 고용량 특성과 주석, 마그네슘 및 알루미니움 등 금속의 양호한 전기전도 성능을 발휘하기 위하여 상기 실리콘과 금속M의 혼합물 중 실리콘과 금속M의 질량비는 1:1내지 9:1이고, 상기 2종 이상의 금속을 사용할 경우 상기 실리콘과 2종 이상의 금속의 질량합의 비는1:1내지 9:1이다. 상기 바인더는 카르복시메틸 세룰로오스, 폴리아미드 이미드 및 폴리아크릴릭 에씨드 중의 일종이다.The proportion of silicon and metal M in the silicon and metal M mixture directly affects the capacity and cycle stability of the composite. The mass ratio of silicon and metal M in the mixture of silicon and metal M in order to exhibit a good cooperative effect between the components, that is, to exhibit high capacity characteristics of silicon and good electrical conductivity of metals such as tin, magnesium and aluminium 1: 1 to 9: 1, and when using two or more metals, the ratio of the sum of the masses of the silicon and the two or more metals is 1: 1 to 9: 1. The binder is one of carboxymethyl cellulose, polyamide imide and polyacrylic acid.

상기 실리콘 혹은 실리콘과 금속 M의 혼합물, 바인더의 질량비는 36:1~45:1이다. 용매의 첨가량은 슬러리의 고체함량이 30%~40%로 되도록 하게 하여 3D 다공성 집전체재료 즉 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품과 같은 집전체가 슬러리 중에 충분히 침지되도록 하여야 한다. 상기 슬러리의 고체함량은 슬러리 중 고체물질의 질량이 슬러리 총 질량에서 차지하는 백분비를 말한다.The mass ratio of the said silicon or the mixture of silicone and metal M, and a binder is 36: 1-45: 1. The amount of the solvent should be 30% to 40% of the solids content of the slurry so that the current collector such as copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam should be sufficiently immersed in the slurry. The solids content of the slurry refers to the percentage by which the mass of the solid material in the slurry accounts for the total mass of the slurry.

상기 기술방안의 단계(3) 중, 상기 열처리는 다음과 같이 수행된다: 상기 단계(2)에서 얻은 3D 다공성 실리카계 복합 전극전구체를 200℃내지 850℃로 승온시키고 200℃내지 850℃의 조건에서 2내지 6시간 온도를 유지하여 합금화처리를 진행하고, 계속하여 100℃내지 200℃로 냉각하여 1내지 3시간 온도를 유지하여 어닐링처리하며, 보온이 결속된 후 전기적가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각시킨다.In step (3) of the technical scheme, the heat treatment is carried out as follows: The 3D porous silica-based composite electrode precursor obtained in step (2) is heated to 200 ° C. to 850 ° C. and subjected to the conditions of 200 ° C. to 850 ° C. The alloying process is carried out by maintaining the temperature for 2 to 6 hours, and then cooled to 100 to 200 ° C., followed by annealing by maintaining the temperature for 1 to 3 hours. Cool to

상기 “200℃내지 850℃로 승온”은 실온에서 200℃내지 850℃로 승온시키는 것을 말한다. 산화되는 것을 방지하기 위하여 상기 열처리는 진공 혹은 불활성 분위기 중에서 수행된다. 상기 “진공 혹은 불활성 분위기 중에서 열처리”함은 상기 열처리과정 중 승온, 두단계의 보온 및 로 내에서 냉각하는 단계에서 모두 진공 혹은 불활성분위기를 유지함을 말한다. 그러나 에너지절약을 위하여 특히 진공장치로 진공조건을 형성하는 경우, 진공장치의 작동도 에너지를 소모하므로 85℃이하로 냉각된 후에는 진공장치의 작동을 정지할 수도 있다.The term "raise to 200 ° C to 850 ° C" refers to raising the temperature from room temperature to 200 ° C to 850 ° C. The heat treatment is performed in a vacuum or inert atmosphere to prevent oxidation. The term “heat treatment in a vacuum or inert atmosphere” refers to maintaining a vacuum or inert atmosphere at both the elevated temperature, the two-stage insulation, and the cooling in the furnace during the heat treatment process. However, in order to save energy, in particular, when the vacuum condition is formed by the vacuum device, the operation of the vacuum device also consumes energy, so after cooling below 85 ° C., the operation of the vacuum device may be stopped.

본원 발명에서 상기 합금처리는 기질체, Si와 금속M의 융해점 및 관련 합금의 공석점(eutectoid point) 온도하에서 일정한 시간동안 보온하여 상호확산 혹은 부분적인 상호확산을 통하여 대응되는 합금을 제조함을 말하는바 합금의 형성은 3D다공성 실리카계 복합 전극재료의 전기화학적 성능(비용량과 사이클성능)을 제고시키는데 유리하다. 상기 어닐링처리는 합금성분의 균일화, 결정미립의 세화, 응력의 소거, 재료와 집전체의 결합력의 제고를 촉진시키고 가소성을 제고시켜 가공이 용이하게 하는 등 작용을 한다. 상기 열처리는 3D다공성 실리카계 복합 전극전구체의 미세구조를 개선하여 실리콘 혹은 Si-M미세과립이 균일하고 온정되게 구리박그물, 구리사그물, 구리거품 혹은 니켈거품의 3D 그물구조 중에 분포되게 하여 재료지간 및 기질체와의 결합력을 제고하고 재료의 기계적성능도 따라서 제고되며 이로부터 활성재료의 충방전과정 중 체적변화를 억제하여 실리카계 음극재료의 사이클 온정성을 제고시킨다.In the present invention, the alloy treatment is said to produce a corresponding alloy through interdiffusion or partial interdiffusion by keeping the substrate, the melting point of Si and metal M, and the eutectic point temperature of the associated alloy for a certain time. The formation of the bar alloy is advantageous for improving the electrochemical performance (specific capacity and cycle performance) of the 3D porous silica-based composite electrode material. The annealing treatment functions to promote uniformity of alloy components, finer grains of crystal grains, stress cancellation, enhancement of bonding strength between materials and current collectors, and improved plasticity to facilitate processing. The heat treatment improves the microstructure of the 3D porous silica-based composite electrode precursor so that the silicon or Si-M fine granules are uniformly and warmly distributed in the 3D mesh structure of copper foil, copper sag, copper foam or nickel foam. It improves the bond between the ground and the substrate, and also improves the mechanical performance of the material, thereby improving the cycle stability of the silica-based anode material by suppressing the volume change during the charging and discharging process of the active material.

본 발명에서 “진공”이라함은 진공도가 적어도 1×10-2Pa인 것을 말한다.In the present invention, the term "vacuum" means at least 1 x 10 -2 Pa.

본 발명에서 “실온”이라함은18-25℃의 온도범위를 말한다.In the present invention, "room temperature" refers to a temperature range of 18-25 ℃.

본 발명에서 “순도”라함은 질량백분비를 말한다.In the present invention, "purity" refers to mass percentage.

상기 열처리 과정 중 승온이 너무 빠르면 수축이 너무 빨리 발생하여 크래킹 등 결함이 발생할 수 있으므로 승온 과정 중 승온 속도는 바람직하게 3-15℃/min이다.If the temperature increase during the heat treatment is too fast, shrinkage may occur too quickly, such as cracking may occur, so the temperature increase rate during the temperature increase process is preferably 3-15 ° C / min.

본 발명의 다른 일면으로는 상기 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지 3D 다공성 실리카계 복합 음극재료를 제공한다.In another aspect of the present invention provides a lithium ion battery 3D porous silica-based composite anode material, characterized in that the manufacturing method.

본원 발명은 하기의 우점들을 가지고 있다:The present invention has the following advantages:

(1)본 발명은 더이상 도전제를 단독 첨가할 필요가 없으므로 공정조작이 간편하게 되고 공정단가를 더 절감할 수 있다. (1) In the present invention, since it is no longer necessary to add a conductive agent alone, process operation can be simplified and the process cost can be further reduced.

(2)활성 리튬삽입 금속M 자체는 양호한 전기전도성과 리튬삽입 성능을 구비하는바 본원 발명은 Si와 금속M가 부동한 전위에서의 리튬삽입효과를 이용하여 재료의 체적팽창이 부동한 전위에서 발생하게 하므로써 체적효과에 따른 내부응력을 완화하여 재료의 구조적 온정성을 증강하여 그의 사이클 성능을 제고시킨다. (2) The active lithium insertion metal M itself has good electrical conductivity and lithium insertion performance. The present invention utilizes the lithium insertion effect at dislocations in which Si and metal M are dissimilar, so that volume expansion of the material occurs at dislocations with different dislocations. In this way, the internal stress due to the volume effect is alleviated to enhance the structural warmth of the material, thereby improving its cycle performance.

(3) 본원 발명의 리튬이온 전지 3D 다공성 실리카계 복합 음극재료는 다공성 복합 전극으로서 전극의 활성재료는 주요하게 Si과 Si-M으로 형성된 부분합금이고 전극활성재료 중 주요활성물질인 고용량 실리콘의 함량을 통하여 저장가능 리튬비용량을 조절한다. (3) The lithium ion battery 3D porous silica-based composite anode material of the present invention is a porous composite electrode, and the active material of the electrode is a partial alloy mainly composed of Si and Si-M, and the content of high capacity silicon, which is the main active material, of the electrode active material. Adjust the storage capacity of lithium through

(4)본 발명의 불활성 리튬삽입 금속 집전체 재료 예컨대, 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품은 3D망상 구조를 가져 전극활성 물질이 균일하게 그들 내부 혹은 표면에 분산되게 하고 일정한 고온내성을 가지고 전기전도성능이 양호하다. 이러한 3D 다공성 집전체 재료는 전극의 지지체와 집전체의 역할을 할 뿐만아니라 열처리 과정 중 자체의 물리화학적 친화성을 이용하여 음극재료와 상호 확산 혹은 부분 확산이 발생하여 실리콘/불활성 리튬삽입 금속 합금(예컨대 Si-Cu 혹은 Si-Ni합금)을 형성하여 복합전지의 전반적인 구조적 온정성과 성능의 협동성을 제고한다. 다른 일면으로 집전체 재료 자체가 3D 망상구조를 가지므로 재료와 전해액의 접촉면적을 크게 제고시켜 분극작용을 감소하고 금속전극이 충방전 과정 중 체적변화를 완화하여 금속전극의 충방전 사이클 성능을 개선하며 금속전극의 고배율 충방전 전기적 성능을 개선한다. (4) The inert lithium-inserted metal current collector material of the present invention, for example, copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam has a 3D network structure so that the electrode active materials are uniformly dispersed in or on the surface thereof and at a constant high temperature. Good resistance and good electrical conductivity. The 3D porous current collector material not only acts as a supporter and current collector of the electrode, but also uses the physicochemical affinity of the electrode during the heat treatment process to cause mutual diffusion or partial diffusion with the negative electrode material. For example, Si-Cu or Si-Ni alloys are formed to enhance the overall structural warmth and performance of the composite battery. On the other hand, since the current collector material itself has a 3D network structure, the contact area between the material and the electrolyte is greatly improved, thereby reducing polarization and improving the charge / discharge cycle performance of the metal electrode by reducing the volume change during the charge / discharge process. It also improves the high-magnification charge / discharge electrical performance of metal electrodes.

(5)본 발명에서 3D 다공성 구조, 실리카 금속합금의 형성 및 음극재료와 3D 다공성 집전체 재료지간의 양호한 결합력은 다공성 실리카계 복합 음극재료로 제조한 전지로 하여금 비교적 높은 방전 비용량, 초기 방전효율 및 양하한 사이클 성능을 구비하게 한다. 본 발명은 조작이 간편하고 단가가 저렴하며 대규모 생산이 용이하여 리튬이온 전지 음극 분야에서 큰 전망이 있을 것으로 기대된다. (5) In the present invention, the 3D porous structure, the formation of the silica metal alloy, and the good bonding force between the negative electrode material and the 3D porous current collector material paper make the battery made of the porous silica-based composite negative electrode material relatively high discharge specific capacity and initial discharge efficiency. And favorable cycle performance. The present invention is expected to have great prospects in the field of lithium ion battery negative electrode because of its simple operation, low cost, and easy production on a large scale.

도1은 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.
도2는 실시예 1의 구리거품의 형상도이다.
도3은 실시예 1에서 제조한 3D 다공성 실리카계 복합 음극재료이다.
도4는 실시예 1에서 제조한 3D 다공성 실리카계 복합 음극재료의 사이클 그라프이다.
1 is a flow chart of a method according to the invention.
2 is a shape view of the copper foam of Example 1. FIG.
3 is a 3D porous silica-based composite negative electrode material prepared in Example 1. FIG.
Figure 4 is a cycle graph of the 3D porous silica-based composite anode material prepared in Example 1.

이하 실시예와 도면을 참조하여 본원 발명에 대하여 상세히 설명하나 이는 본원 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 예시적인 내용일 뿐 본원 발명의 범위에 대하여 한정하지 않으며 본원 발명의 범위는 응당 첨부한 청구범위서의 기재에 따라 정의되어야 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and drawings, which are merely illustrative for clarifying the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It should be defined according to the description.

실시예1Example 1

평균 공극지름이150μm, 두께가700μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si분말(순도가99.5%,D50=1.5μm)과 카르복시메틸 세룰로오스(CMC)를 36:1의 질량비로 물에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 35%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 80℃의 조건하에서 1시간 진공건조시킨 후 4MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 복합 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 2×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는 820℃이고 승온속도는 12℃/min, 보온시간은 4시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 200℃까지 낮추고 2시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with an average pore diameter of 700 μm and a thickness of 700 μm in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si powder (purity 99.5%, D 50 = 1.5 μm) and carboxymethyl cellulose (CMC) were added to water at a mass ratio of 36: 1 to sufficiently stir to prepare a slurry (solid content 35%). Copper foil netting, copper yarn netting, copper foaming or nickel foam current collectors are immersed in the copper foil netting, copper yarn netting, copper foaming or nickel foaming current collector by immersing the sludge on the surface. Then, the slurry-impregnated copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector was vacuum dried at 80 ° C. for 1 hour, and then rolled-in at 4 MPa pressure to obtain a thickness of 3D porous silica. type to obtain a composite electrode precursor obtained to a heat treatment conducted under the 3D porous silica-based composite electrode precursor put in a vacuum box (vacuum degree is 2 × 10 -3 Pa) or an inert atmosphere and heat treatment Figure 820 ℃, the heating rate is 12 ℃ / min, the warming time proceeds to the alloying treatment proceeds to 4 hours, then continue to lower the temperature to 200 ℃ and insulated for 2 hours to proceed annealing. The heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material whose main electroactive material is Si.To prevent oxidation, a vacuum or inert atmosphere must be maintained during the heat treatment process.

구리 거품 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 2200mAh/g에 달하고 초기효율이 86%이며 50회 사이클 후 여전히93%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from the copper foam substrate and the metal lithium were formed with a half cell to test the electrochemical performance under the condition of current density of 0.6 mA / cm 2 and charge and discharge voltage of 0-2.0V. The discharge capacity of the anode plate reaches 2200mAh / g, the initial efficiency is 86%, and still maintains 93% capacity after 50 cycles.

실시예2Example 2

평균 공극지름이100μm, 두께가1000μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si 분말(순도가99.9%,D50=100nm)과 폴리아미드 이미드(PAI)를 45:1의 질량비로 노말 메틸피롤리돈에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 30%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 90℃의 조건하에서 0.5시간 진공건조시킨 후 6MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 2×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는850℃이고 승온속도는15℃/min, 보온시간은 2시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 200℃까지 낮추고 1.5시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with average pore diameter of 100μm and thickness of 1000μm in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si powder (purity 99.9%, D 50 = 100 nm) and polyamide imide (PAI) were added to normal methylpyrrolidone in a mass ratio of 45: 1 to stir sufficiently to prepare a slurry (solid content 30%). After immersing the copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector sufficiently in the slurry, lightly scrape off unnecessary sludge on the surface, so that the slurry is immersed copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam Then, the slurry-impregnated copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector system was vacuum dried at 90 ° C. for 0.5 hours, and then rolled in at 6 MPa pressure to obtain a desired thickness. A 3D porous silica-based composite electrode precursor is obtained, and the obtained 3D porous silica-based electrode electrode precursor is placed in a box and subjected to heat treatment under vacuum (vacuum degree of 2 × 10 -3 Pa) or inert atmosphere. The heat treatment temperature is 850 ° C., the temperature increase rate is 15 ° C./min, and the heat retention time is 2 hours to proceed with the alloying treatment. After the binding, the electric heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material, whose main electrode active material is Si. In order to prevent oxidation, a vacuum or inert atmosphere must be maintained during the heat treatment process. .

니켈 거품 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 2500mAh/g에 달하고 초기효율이 90%이며 50회 사이클 후 여전히95%의 용량을 유지한다. 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from a nickel foam substrate and a lithium metal half cell were formed to test the electrochemical performance under the condition of current density of 0.6 mA / cm 2 and charge and discharge voltage of 0-2.0V. The discharge capacity of the negative plate reaches 2500mAh / g, the initial efficiency is 90%, and still maintains 95% capacity after 50 cycles.

실시예3Example 3

평균 공극지름이100μm, 두께가400μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Sn 혼합분말(Si순도가99.8%,D50=1.5μm;Sn순도가 99.6%,D50=100nm;또한 Si:Sn=1:1)과 폴리아크릴릭 에씨드[poly (acrylic acid)]를 36:1의 질량비로 에탄올 수용액에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 32%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 80℃의 조건하에서 1시간 진공건조시킨 후 2MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 1×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는200℃이고 승온속도는3℃/min, 보온시간은 6시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 100℃까지 낮추고 3시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si와 Si-Sn부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with average pore diameter of 100μm and thickness of 400μm in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si-Sn mixed powder (Si purity 99.9%, D 50 = 1.5μm; Sn purity 99.6%, D 50 = 100nm; Si: Sn = 1: 1) and polyacrylic acid [poly (acrylic acid)] Was added to an aqueous ethanol solution at a mass ratio of 36: 1 to stir sufficiently to prepare a slurry (solid content of 32%). Lightly scrape off unnecessary sludge from the surface to form a slurry-immersed copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel-foam collector system, followed by slurry-impregnated copper foil net, copper yarn net, copper foam or The nickel-foam collector system was vacuum-dried at 80 ° C. for 1 hour, and then rolled-in at 2 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor having a desired thickness. Ball (degree of vacuum is 1 × 10 -3 Pa), or proceeds to a heat treatment in an inert atmosphere and the heat treatment temperature is 200 ℃ and the rate of temperature rise is 3 ℃ / min, maintaining time proceeds the alloying proceeds to 6 hours. Subsequently the temperature The temperature is lowered to 100 ° C., followed by annealing for 3 hours, after the binding is stopped, the electric heating is stopped and cooled to room temperature in a furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material. The main electrode active materials are Si and Si. -Sn partial alloy In order to prevent oxidation, vacuum or inert atmosphere should be maintained during heat treatment.

구리박 그물 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 1200mAh/g에 달하고 초기효율이 89%이며 50회 사이클 후 여전히97%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from the copper foil substrate and the metal lithium were used to test the electrochemical performance under the condition of current density of 0.6 mA / cm 2 and charge and discharge voltage of 0-2.0V. The discharge capacity of the anode plate reaches 1200mAh / g, the initial efficiency is 89%, and still maintains 97% capacity after 50 cycles.

실시예4Example 4

평균 공극지름이150μm, 두께가700μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Sn 혼합분말(Si순도가99.7%,D50=1.8μm;Sn순도가 99.9%,D50=500nm;또한 Si:Sn=5:1)과 카르복시 메틸 세룰로오스(CMC)를 40:1의 질량비로 물에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 34%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 85℃의 조건하에서 1시간 진공건조시킨 후 4MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 1×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는230℃이고 승온속도는5℃/min, 보온시간은 4시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 100℃까지 낮추고 2시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si와 Si-Sn부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with an average pore diameter of 700 μm and a thickness of 700 μm in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si-Sn mixed powder (Si purity: 99.7%, D 50 = 1.8μm; Sn purity 99.9%, D 50 = 500nm; Si: Sn = 5: 1) and carboxymethyl cellulose (CMC) were 40: Into the slurry at a mass ratio of 1, the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry (solid content: 34%), and the copper foil net, copper yarn net, copper foam, or nickel foam current collector was immersed in the slurry, and then sufficiently immersed in the surface. Lightly scrape off the sludge to form a slurry-immersed copper foil netting, copper yarn netting, copper foam or nickel-foam current collector system, followed by slurry dipped copper foil netting, copper yarn netting, copper-foam netting or nickel-foam collector The system was vacuum dried for 1 hour at 85 ° C., and then rolled in at 4 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor having a desired thickness. × 10 - 3 Pa) or heat treatment under inert atmosphere, heat treatment temperature is 230 ℃, heating rate is 5 ℃ / min, heat retention time is 4 hours, and alloying treatment is continued. After thermal insulation, the heating is stopped and the electric heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material. The main electroactive materials are Si and Si-Sn partial alloys. To prevent this, the vacuum or inert atmosphere should be maintained during the heat treatment.

구리사 그물 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 1500mAh/g에 달하고 초기효율이 86%이며 50회 사이클 후 여전히95%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from a copper yarn net substrate and a metal lithium were used to test the electrochemical performance under conditions of a current density of 0.6 mA / cm 2 and a charge / discharge voltage of 0-2.0 V. The discharge capacity of the anode plate reaches 1500mAh / g, the initial efficiency is 86%, and still maintains 95% capacity after 50 cycles.

실시예5Example 5

평균 공극지름이150μm, 두께가400μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Mg 혼합분말(Si순도가99.6%,D50=1.5μm;Mg순도가 99.5%,D50=3μm;또한 Si:Mg =6:1)과 폴리아미드 이미드(PAI)를 38:1의 질량비로 디메틸포름아미드에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 36%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 80℃의 조건하에서 1시간 진공건조시킨 후 2MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 1×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는550℃이고 승온속도는9℃/min, 보온시간은 5시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 150℃까지 낮추고 2시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si와 Si-Mg부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam, or nickel foam with an average pore diameter of 400 μm and a thickness of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol, followed by ultrasonic cleaning Remove it. Si-Mg mixed powder (Si purity: 99.6%, D 50 = 1.5μm; Mg purity 99.5%, D 50 = 3μm; Si: Mg = 6: 1) and polyamide imide (PAI) 38: 1 The mixture was added to dimethylformamide at a mass ratio of 1 to a sufficient stirring to prepare a slurry (solid content of 36%). Lightly scrape away the unnecessary sludge to form a slurry-immersed copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel-foam collector system, followed by slurry-impregnated copper foil net, copper yarn net, copper-foam net or nickel-foam house The whole system was vacuum dried for 1 hour at 80 ° C., and then rolled in under 2 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor having a desired thickness.The 3D porous silica-based electrode electrode precursor obtained was put into a box and vacuumed. Degrees 1 × 10 -3 Pa), or proceeds to a heat treatment in an inert atmosphere and the heat treatment temperature is a temperature raising rate is 550 ℃ 9 ℃ / min, maintaining time proceeds the alloying proceeds to 5 hours. Subsequently the temperature of 150 ℃ After heat insulation, the annealing is performed after stopping the heat, and the electric heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material. The main electrode active materials are Si and Si-Mg parts. Alloys should be kept in a vacuum or inert atmosphere during heat treatment to prevent oxidation.

구리박 그물 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 1800mAh/g에 달하고 초기효율이 88%이며 50회 사이클 후 여전히96%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from the copper foil substrate and the metal lithium were used to test the electrochemical performance under the condition of current density of 0.6 mA / cm 2 and charge and discharge voltage of 0-2.0V. The discharge capacity of the negative electrode plate reaches 1800mAh / g, the initial efficiency is 88%, and still maintains the capacity of 96% after 50 cycles.

실시예6Example 6

평균 공극지름이200μm, 두께가1000μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Mg 혼합분말(Si순도가99.9%,D50=1.8μm;Mg순도가 99.9%,D50=5μm;또한 Si:Mg =9:1)과 폴리아크릴릭 에씨드[poly (acrylic acid)]를 42:1의 질량비로 물에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 38%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 90℃의 조건하에서 0.5시간 진공건조시킨 후 6MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 2×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는620℃이고 승온속도는10℃/min, 보온시간은 3시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 200℃까지 낮추고 1시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si와 Si-Mg부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with average pore diameter of 200μm and thickness of 1000μm in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si-Mg mixed powder (Si purity 99.9%, D 50 = 1.8μm; Mg purity 99.9%, D 50 = 5μm; Si: Mg = 9: 1) and polyacrylic acid [poly (acrylic acid)] To a mass ratio of 42: 1 and stirred sufficiently to prepare a slurry (solid content of 38%), after which copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector was immersed sufficiently. Lightly scrape away unnecessary sludge from the surface to form a slurry-immersed copper foil netting, copper yarn netting, copper foam or nickel-foam collector system, followed by a slurry-immersed copper foil netting, copper yarn netting, copper froth or nickel The foam current collector was vacuum dried at 90 ° C. for 0.5 hour, and then rolled in at 6 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor having a desired thickness. Vacuum degree 2 × 10 -3 Pa) or an inert atmosphere, and the heat treatment temperature is 620 ° C., the heating rate is 10 ° C./min, and the heat retention time is 3 hours. After heat insulation, the annealing is performed after stopping the heat, and the electric heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material. The main electrode active materials are Si and Si-Mg parts. Alloys should be kept in a vacuum or inert atmosphere during heat treatment to prevent oxidation.

구리박 그물 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 2000mAh/g에 달하고 초기효율이 86%이며 50회 사이클 후 여전히94%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from the copper foil substrate and the metal lithium were used to test the electrochemical performance under the condition of current density of 0.6 mA / cm 2 and charge and discharge voltage of 0-2.0V. The discharge capacity of the anode plate reaches 2000mAh / g, the initial efficiency is 86%, and still maintains 94% capacity after 50 cycles.

실시예7Example 7

평균 공극지름이 100μm, 두께가400μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Al혼합분말(Si순도가99.5%,D50=1.5μm;Al순도가 99.5%,D50=100nm;또한Si:Al=8:1)과 카르복시메틸 세룰로오스(CMC)를 39:1의 질량비로 물에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 35%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 80℃의 조건하에서 1시간 진공건조시킨 후 2MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 1×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는550℃이고 승온속도는6℃/min, 보온시간은 4시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 150℃까지 낮추고 3시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si와 Si-Al부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with average pore diameter of 100μm and thickness of 400μm in order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si-Al mixed powder (Si purity 99.5%, D 50 = 1.5 μm; Al purity 99.5%, D 50 = 100 nm; Si: Al = 8: 1) and carboxymethyl cellulose (CMC) were 39: Into the slurry at a mass ratio of 1, the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry (solid content of 35%), and the copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector was immersed in the slurry, and then sufficiently immersed in the surface. Lightly scrape off the sludge to form a slurry-immersed copper foil netting, copper yarn netting, copper foam or nickel-foam current collector system, followed by slurry dipped copper foil netting, copper yarn netting, copper-foam netting or nickel-foam collector The system was vacuum dried for 1 hour at 80 ° C., and then rolled in at 2 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor having a desired thickness. × 10 -3 P a) or heat treatment under inert atmosphere, heat treatment temperature is 550 ℃, heating rate is 6 ℃ / min, heat retention time is 4 hours, and alloying treatment is continued. After the insulation is bound, the electrical heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material whose main electroactive materials are Si and Si-Al partial alloys. In order to maintain the vacuum or inert atmosphere during the heat treatment process.

구리사 그물 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 1900mAh/g에 달하고 초기효율이 90%이며 50회 사이클 후 여전히96%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from a copper yarn net substrate and a metal lithium were used to test the electrochemical performance under conditions of a current density of 0.6 mA / cm 2 and a charge / discharge voltage of 0-2.0 V. The discharge capacity of the negative electrode plate reaches 1900mAh / g, the initial efficiency is 90%, and still maintains the capacity of 96% after 50 cycles.

실시예8Example 8

평균 공극지름이 200μm, 두께가 1000μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Al혼합분말(Si순도가99.9%,D50=1.8μm;Al순도가 99.9%,D50=500nm;또한Si:Al=4:1)과 폴리아미드 이미드(PAI)를 43:1의 질량비로 디메틸설폭시드에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 40%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 90℃의 조건하에서 0.5시간 진공건조시킨 후 6MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 1×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는650℃이고 승온속도는8℃/min, 보온시간은 2시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 200℃까지 낮추고 2시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는 Si와 Si-Al부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with an average pore diameter of 200 μm and thickness of 1000 μm in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si-Al mixed powder (Si purity: 99.9%, D 50 = 1.8μm; Al purity 99.9%, D 50 = 500nm; Si: Al = 4: 1) and polyamide imide (PAI) 43: 1 The mixture was added to dimethyl sulfoxide at a mass ratio of and stirred sufficiently to prepare a slurry (solid content of 40%). Lightly scrape away the unnecessary sludge to form a slurry-immersed copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel-foam collector system, followed by slurry-impregnated copper foil net, copper yarn net, copper-foam net or nickel-foam house The whole system was vacuum dried at 90 ° C. for 0.5 hour, and then rolled in under 6 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor having a desired thickness.The 3D porous silica-based electrode electrode precursor obtained was put into a box and vacuumed (vacuum). A 1 × 10 -3 Pa), or proceeds to a heat treatment in an inert atmosphere and the heat treatment temperature is 650 ℃ and the rate of temperature rise is 8 ℃ / min, maintaining time proceeds the alloying proceeds to 2 hours. Subsequently the temperature 200 ℃ After heat insulation, the annealing is performed after stopping the heat, and the electric heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material. The main electrode active materials are Si and Si-Al parts. Alloys should be kept in a vacuum or inert atmosphere during heat treatment to prevent oxidation.

구리거품 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 1600mAh/g에 달하고 초기효율이 89%이며 50회 사이클 후 여전히95%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from a copper foam substrate and a metal lithium were used to test the electrochemical performance under conditions of a current density of 0.6 mA / cm 2 and a charge / discharge voltage of 0-2.0 V. The discharge capacity of the negative plate reaches 1600mAh / g, the initial efficiency is 89%, and still maintains 95% capacity after 50 cycles.

실시예9Example 9

평균 공극지름이 150μm, 두께가 800μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Sn-Mg혼합분말(Si순도가99.9%,D50=100nm;Sn순도가 99.8%,D50=100nm;Mg순도가 99.6%,D50=500nm;또한 Si:(Sn+Mg)=7:1)과 카르복시메틸 세룰로오스(CMC)를 40:1의 질량비로 물에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 33%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 80℃의 조건하에서 1시간 진공건조시킨 후 4.5MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 1×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는230℃이고 승온속도는5℃/min, 보온시간은 5시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 100℃까지 낮추고 3시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는Si、Si-Sn와 Si-Mg부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with an average pore diameter of 800 μm and a thickness of 800 μm in the order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si-Sn-Mg mixed powder (Si purity 99.9%, D 50 = 100 nm; Sn purity 99.8%, D 50 = 100 nm; Mg purity 99.6%, D 50 = 500 nm; and Si: (Sn + Mg) = 7: 1) and carboxymethyl cellulose (CMC) are added to water at a mass ratio of 40: 1 and sufficiently stirred to prepare a slurry (solid content of 33%). After immersing the foam or nickel foam current collector sufficiently, lightly scrape off the unnecessary sludge on the surface to form a slurry-immersed copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector system. The copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector system was vacuum dried at 80 ° C. for 1 hour and rolled in at a pressure of 4.5 MPa to obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor having a desired thickness. Box 3D porous silica based electrode precursor Heat treatment is carried out in a furnace (vacuum degree of 1 × 10 -3 Pa) or in an inert atmosphere, the heat treatment temperature is 230 ° C., the heating rate is 5 ° C./min, and the warming time is 5 hours. The temperature is lowered to 100 ° C., followed by warming for 3 hours, followed by annealing, after stopping the electrical heating and cooling to room temperature in a furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material. 、 Si-Sn and Si-Mg partial alloy In order to prevent oxidation, vacuum or inert atmosphere should be maintained during heat treatment.

니켈거품 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 1900mAh/g에 달하고 초기효율이 91%이며 50회 사이클 후 여전히97%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from the nickel-foamed substrate and a metal lithium were used to test the electrochemical performance under conditions of a current density of 0.6 mA / cm 2 and a charge / discharge voltage of 0-2.0 V. The discharge capacity of the negative electrode plate reaches 1900mAh / g with an initial efficiency of 91% and still maintains a capacity of 97% after 50 cycles.

실시예10Example 10

평균 공극지름이 100μm, 두께가 500μm인 구리박그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품을 아세톤, 10%의 희염산, 증류수 및 무수에탄올의 순서에 따라 초음파 세척하여 표면의 기름때와 표면산화물 등 잡질을 제거한다. Si-Al-Mg혼합분말(Si순도가 99.8%,D50=1.5μm;Al순도가 99.8%,D50=500nm;Mg순도가 99.7%,D50=1.0μm;또한 Si:(Al+Mg)=9:1)과 폴리아미드 이미드(PAI)를 45:1의 질량비로노말 메틸피롤리돈에 넣어 충분히 교반하여 슬러리를 제조한다(고체함량이 39%). 상기 슬러리에 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체를 침지하여 충분히 침지된 후 표면의 불필요한 슬러지를 가볍게 긁어내어 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 형성한다. 계속하여 슬러리가 침지된 구리박 그물, 구리사 그물, 구리거품 혹은 니켈거품 집전체 시스템을 90℃의 조건하에서 0.5시간 진공건조시킨 후 2.5MPa압력하에서 롤인하여 요구하는 두께의 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다. 얻은 3D다공성 실리카계 보갑 전극전구체를 박스로에 넣어 진공(진공도가 2×10-3Pa) 혹은 불활성 분위기하에서 열처리를 진행하며 열처리 온도는600℃이고 승온속도는6℃/min, 보온시간은 4시간으로 진행하여 합금화 처리를 진행한다. 계속하여 온도를 200℃까지 낮추고 2시간동안 보온하여 어닐링을 진행한다. 보온이 결속된 후 전기적 가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는데 그의 주요한 전극활성 재료는Si、Si-Al와 Si-Mg부분합금이다. 산화를 방지하기 위하여 열처리 과정에서 진공 혹은 불활성 분위기를 유지하여야 한다.Ultrasonic cleaning of copper foil, copper yarn net, copper foam or nickel foam with an average pore diameter of 500 μm in thickness in order of acetone, 10% dilute hydrochloric acid, distilled water and ethanol anhydrous Remove it. Si-Al-Mg mixed powder (Si purity 99.8%, D 50 = 1.5μm; Al purity 99.8%, D 50 = 500nm; Mg purity 99.7%, D 50 = 1.0μm; Si: (Al + Mg ) = 9: 1) and polyamide imide (PAI) were added to normal methylpyrrolidone in a mass ratio of 45: 1 to stir sufficiently to prepare a slurry (solid content 39%). The copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector is immersed sufficiently and then scraped off unnecessary sludge on the surface to form a copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector system in which the slurry is immersed. Subsequently, the slurry-impregnated copper foil net, copper yarn net, copper foam or nickel foam current collector system was vacuum dried at 90 ° C. for 0.5 hours, and then rolled in at 2.5 MPa pressure to obtain a 3D porous silica-based composite electrode having a desired thickness. A precursor is obtained. Putting the precursor in a box proceeding to a heat treatment under vacuum (degree of vacuum is 2 × 10 -3 Pa) or an inert atmosphere and the heat treatment temperature is 600 ℃ and the temperature raising rate is 6 ℃ / min, maintaining time is the alloying proceeds to 4 hours Then, the temperature is lowered to 200 ° C., and the annealing is performed by keeping warm for 2 hours After the heat is bound, electrical heating is stopped and cooled to room temperature in the furnace to obtain a 3D porous silica-based composite anode material. The active materials are Si, Si-Al and Si-Mg partial alloys, which must be maintained in a vacuum or inert atmosphere during heat treatment to prevent oxidation.

구리박 그물 기재로부터 획득한 3D다공성 실리카계 복합 음극판과 금속리튬으로 반전지를 이루어 전류밀도가0.6mA/cm2, 충방전 전압이 0-2.0V인 조건하에서 전기화학적 성능에 대한 테스트를 한다. 음극판의 방전 비용량은 2100mAh/g에 달하고 초기효율이 90%이며 50회 사이클 후 여전히96%의 용량을 유지한다. The 3D porous silica-based composite negative electrode plate obtained from the copper foil substrate and the metal lithium were used to test the electrochemical performance under the condition of current density of 0.6 mA / cm 2 and charge and discharge voltage of 0-2.0V. The discharge capacity of the anode plate reaches 2100mAh / g, the initial efficiency is 90%, and still maintains the capacity of 96% after 50 cycles.

이상에서 기술한 내용은 본원 발명의 비교적 바람직한 실시예들이지 본원 발명에 대하여 하는 것이 아니다. 본원 발명의 실질적인 기술방안 및 상기 실시예들에 대하여 간단한 수정, 변경 및 동등구조의 체환으로 얻은 모든 기술방안은 모두 본원 발명의 범위에 속한다.What has been described above is a relatively preferred embodiment of the present invention, not the present invention. Substantial technical solutions of the present invention and all technical solutions obtained through simple modifications, changes, and equivalent structures for the above embodiments are all within the scope of the present invention.

Claims (10)

하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D 다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법:
단계(1): 3D다공성 집전체재료를 세척하고, 상기 3D다공성 집전체재료의 재질은 비활성 리튬삽입 금속이다;
단계(2): 실리콘 혹은 실리콘과 금속 M의 혼합물, 바인더를 용매에 투입하여 충분히 교반하여 슬러리를 제조하고, 상기 용매는 수성용매 혹은 유성용매이다, 상기 3D 다공성 집전체재료를 상기 슬러리 중에 침지하여 슬러리가 침지된 3D 다공성 집전체 재료체를 형성한다, 이어서 상기 슬러리가 침지된 3D 다공성 집전체 재료체를 80~90℃조건하에서0.5~1시간 진공건조하고 2~6MPa압력하에서 롤인(roll-in)하여 3D 다공성 실리카계 복합 전극 전구체를 얻는다, 그 중 상기 금속M는 활성 리튬삽입 금속이다.
및 단계(3): 단계(2)에서 획득한 상기 3D다공성 실리카계 복합 전극전구체를 진공 혹은 불활성 분위기에서 열처리하여 3D다공성 실리카계 복합 음극재료를 얻는다.
Method for producing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite negative electrode material comprising the following steps:
Step (1): washing the 3D porous current collector material, wherein the material of the 3D porous current collector material is an inert lithium insert metal;
Step (2): a silicon or a mixture of silicon and metal M and a binder are added to a solvent to stir sufficiently to prepare a slurry, and the solvent is an aqueous solvent or an oil solvent, and the 3D porous current collector material is immersed in the slurry. The slurry is immersed to form a 3D porous current collector material, and then the slurry-immersed 3D porous current collector material is vacuum-dried for 0.5 to 1 hour under the conditions of 80 to 90 ° C and roll-in under 2 to 6 MPa pressure. ) To obtain a 3D porous silica-based composite electrode precursor, wherein the metal M is an active lithium insertion metal.
And step (3): the 3D porous silica-based composite electrode precursor obtained in step (2) is heat-treated in a vacuum or inert atmosphere to obtain a 3D porous silica-based composite anode material.
제1항에 있어서, 상기 단계(1) 중 상기 3D 다공성 집전체재료의 평균공극지름은 100-200μm이고 두께는 400μm~1000μm인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.According to claim 1, wherein the average pore diameter of the 3D porous current collector material in the step (1) is 100-200μm and the thickness is 400μm ~ 1000μm method for producing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite negative electrode material . 제1항에 있어서, 상기 단계(2) 중 상기 리튬삽입 금속은 마그네슘, 칼슘, 알루미니움, 게르마늄, 주석, 납, 아세닉, 스티보늄, 비스무트, 백금, 은, 금, 아연, 카드뮴, 인듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.The method of claim 1, wherein the lithium insertion metal in the step (2) is magnesium, calcium, aluminium, germanium, tin, lead, acetonitrile, styrene, bismuth, platinum, silver, gold, zinc, cadmium, indium Method for producing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite negative electrode material, characterized in that one or two or more selected from the group consisting of. 제1항에 있어서, 상기 단계(2) 중 상기 실리콘, 실리콘과 금속 M의 혼합물은 분말형태로 존재하고 입도는 미크론급, 서브미크론급 혹은 나노미터급인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.The lithium ion battery 3D porous silica system of claim 1, wherein the mixture of silicon, silicon, and metal M in step (2) is present in powder form and has a particle size of micron, submicron, or nanometer. Method for producing a composite negative electrode material. 제1항에 있어서, 상기 단계(2) 중 실리콘과 금속 M의 혼합물 중 실리콘과 금속 M의 질량비가 1:1~9:1인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.The method of claim 1, wherein the mass ratio of silicon and metal M in the mixture of silicon and metal M in the step (2) is 1: 1 to 9: 1 manufacturing of a lithium ion battery 3D porous silica-based composite negative electrode material Way. 제5항에 있어서, 상기 단계(2) 중 상기 바인더는 카르복시메틸 세룰로오스, 폴리아미드 이미드 및 폴리아크릴릭 에씨드 중의 일종인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D 다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.The method of manufacturing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite anode material according to claim 5, wherein the binder in step (2) is one of carboxymethyl cellulose, polyamide imide, and polyacrylic acid. . 제6항에 있어서, 상기 단계(2) 중 상기 슬러리의 고체함량은 30-40%인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.7. The method of manufacturing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite anode material according to claim 6, wherein the solid content of the slurry in the step (2) is 30-40%. 제7항에 있어서, 단계(3) 중, 상기 열처리는 상기 단계(2)에서 얻은 3D 다공성 실리카계 복합 전극전구체를 200℃내지 850℃로 승온시키고 200℃내지 850℃의 조건에서 2내지 6시간 온도를 유지하여 합금화처리를 진행하고, 계속하여 100℃내지 200℃로 냉각하여 1내지 3시간 온도를 유지하여 어닐링처리하며, 보온이 결속된 후 전기적가열을 정지하고 로 내에서 실온까지 냉각시키는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.
The method according to claim 7, wherein, during the step (3), the heat treatment is performed to increase the temperature of the 3D porous silica-based composite electrode precursor obtained in the step (2) to 200 ° C to 850 ° C and 2 to 6 hours at 200 ° C to 850 ° C. The alloying treatment is carried out by maintaining the temperature, and subsequently cooled to 100 ° C. to 200 ° C., and then annealed by maintaining the temperature for 1 to 3 hours. After the insulation is bound, the electric heating is stopped and cooled in the furnace to room temperature Method for producing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite negative electrode material comprising a.
제8항에 있어서, 상기 단계(3) 중 상기 승온 과정 중 승온속도는 3-15℃/min인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지 3D다공성 실리카계 복합 음극재료의 제조방법.The method of manufacturing a lithium ion battery 3D porous silica-based composite negative electrode material according to claim 8, wherein the temperature increase rate during the temperature increase process in step (3) is 3-15 ° C / min. 제1항 내지 제9항 중 임의의 한 항의 제조방법에 따라 얻은 리튬이온전지 3D 다공성 실리카계 복합 음극재료.A lithium ion battery 3D porous silica-based composite anode material obtained according to any one of claims 1 to 9.
KR1020137034835A 2012-04-26 2012-08-09 Three-dimensional porous silicon-based composite negative electrode material of lithium ion cell and preparation method thereof KR101621133B1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3522267A4 (en) * 2017-05-22 2019-10-09 LG Chem, Ltd. Flexible electrode, method for manufacturing same, and secondary battery comprising same
KR20190127291A (en) 2018-05-04 2019-11-13 주식회사 엘엠에스 System and method for laser processing device for processing aluminum foil

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103794766B (en) * 2012-11-02 2016-01-20 华为技术有限公司 Negative electrode of lithium ionic secondary battery and preparation method thereof, cathode pole piece of lithium ion secondary battery and lithium rechargeable battery
CN103647049A (en) * 2013-12-04 2014-03-19 合肥国轩高科动力能源股份公司 Method for preparing lithium iron phosphate membrane electrode
CN103700810A (en) * 2013-12-27 2014-04-02 安徽亿诺新能源有限责任公司 Preparation technology of negative electrode of lithium secondary battery
CN105018776B (en) * 2014-04-30 2017-09-29 中国科学院金属研究所 A kind of preparation technology of porous copper foil and its application
CN105336922B (en) * 2014-08-08 2018-09-07 江苏载驰科技股份有限公司 A kind of preparation method and application of the lithium ion battery negative material based on photovoltaic scrap silicon
CN104659333B (en) * 2015-01-04 2017-09-05 合肥国轩高科动力能源有限公司 The preparation method of lithium rechargeable battery Mg2Si/SiOx/C composite negative pole material membrane electrodes
CN104852013B (en) * 2015-03-17 2019-01-25 中国科学院广州能源研究所 A kind of preparation method of the three-diemsnional electrode pole piece based on aqueous binders
CN105280175B (en) * 2015-11-20 2019-01-01 南京大学 Foam metal/aerosil composite sound-absorbing material preparation method based on epoxy resin enhancing
WO2017091543A1 (en) 2015-11-25 2017-06-01 Corning Incorporated Porous silicon compositions and devices and methods thereof
CN105810871B (en) * 2016-03-21 2018-01-23 山东科技大学 A kind of lithium ion battery of cycle performance enhancing
CN105826528B (en) * 2016-03-22 2019-01-15 浙江大学 A kind of porous silicon-carbon/carbon-copper composite material and its preparation method and application
CN105932295A (en) * 2016-04-22 2016-09-07 清华大学深圳研究生院 Metal lithium secondary battery and negative electrode and porous copper current collector thereof
CN106486644A (en) * 2016-11-19 2017-03-08 天津赫维科技有限公司 A kind of preparation method of Li-Si alloy negative pole
CN106654288B (en) * 2017-01-19 2023-05-23 华南理工大学 Copper micro-tube porous current collector for lithium ion battery and preparation method thereof
CN106784752B (en) * 2017-03-24 2019-11-22 北京工业大学 Lithium ion battery porous structure Si/Cu combination electrode and its manufacturing method
CN107170962A (en) * 2017-04-17 2017-09-15 厦门高容新能源科技有限公司 A kind of lithium ion battery silicium cathode electrode slice and preparation method thereof
CN107275591A (en) * 2017-05-22 2017-10-20 江苏时瑞电子科技有限公司 A kind of polymer wrapped foam copper combination electrode material and preparation method thereof
CN108011091B (en) * 2017-12-05 2020-08-14 桂林电器科学研究院有限公司 Method for preparing ferrosilicon powder by coating magnesium-silicon-iron particles with indium-bismuth alloy and ferrosilicon powder
CN109378448A (en) * 2018-10-08 2019-02-22 电子科技大学 A kind of band and preparation method thereof with lithium metal thin layer
CN109546082A (en) * 2018-11-07 2019-03-29 惠州市豪鹏科技有限公司 A kind of cathode pole piece and preparation method thereof and lithium ion battery
CN109585834A (en) * 2018-12-10 2019-04-05 包头市石墨烯材料研究院有限责任公司 A kind of mesoporous silicon-tin composite electrode material and its preparation method and application
CN110952065B (en) * 2019-12-23 2021-11-16 深圳市诚威新材料有限公司 Copper foil for lithium battery and preparation method thereof
CN113299881A (en) * 2021-05-12 2021-08-24 烟台大学 Preparation and application of lithium/silicon/copper mesh lithium-sulfur battery composite negative electrode
CN114094071A (en) * 2021-11-11 2022-02-25 惠州锂威新能源科技有限公司 Silicon-based negative electrode material and preparation method thereof, negative plate and lithium ion battery
CN114203973A (en) * 2021-12-07 2022-03-18 南京宇博瑞材料科技有限公司 Preparation method of high-strength silicon alloy lithium battery negative electrode material
CN114388811B (en) * 2022-03-22 2022-07-12 宁德新能源科技有限公司 Electrochemical device and electronic device
CN114649508B (en) * 2022-04-07 2023-04-07 中国科学院长春应用化学研究所 Antimony-based integrated electrode and preparation method and application thereof
CN114725316A (en) * 2022-04-21 2022-07-08 华中科技大学 Thick electrode with reticular current collector confinement structure, preparation method of thick electrode and lithium battery
CN114927676B (en) * 2022-05-06 2023-08-29 益阳生力材料科技股份有限公司 Three-dimensional clustered antimony material and preparation method and application thereof
CN115621431A (en) * 2022-05-11 2023-01-17 山东省科学院新材料研究所 Lithium metal battery negative electrode material and preparation method thereof
CN115207335A (en) * 2022-07-14 2022-10-18 北京航空航天大学 Low-temperature chargeable and dischargeable lithium ion battery cathode material and lithium ion battery
CN117239064A (en) * 2023-11-16 2023-12-15 瑞浦兰钧能源股份有限公司 Silicon negative electrode piece and preparation method and application thereof
CN117577854B (en) * 2024-01-16 2024-05-14 中国第一汽车股份有限公司 All-solid-state battery silicon-based negative electrode, preparation method thereof and all-solid-state battery

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2948205B1 (en) * 1998-05-25 1999-09-13 花王株式会社 Method for producing negative electrode for secondary battery
JP4193141B2 (en) * 2005-03-25 2008-12-10 ソニー株式会社 Negative electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and production method thereof
CN101425572B (en) * 2007-10-29 2011-12-14 比亚迪股份有限公司 Anode plate for lithium ionic cell and preparation thereof
CN101459238A (en) * 2008-12-23 2009-06-17 大连海事大学 Manufacturing method for high capacity composite electrode of lithium ionic cell
KR101223625B1 (en) * 2010-10-12 2013-01-17 삼성에스디아이 주식회사 Electrode plate for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3522267A4 (en) * 2017-05-22 2019-10-09 LG Chem, Ltd. Flexible electrode, method for manufacturing same, and secondary battery comprising same
US11196038B2 (en) 2017-05-22 2021-12-07 Lg Chem, Ltd. Flexible electrode, method for manufacturing the same and secondary battery including the same
KR20190127291A (en) 2018-05-04 2019-11-13 주식회사 엘엠에스 System and method for laser processing device for processing aluminum foil

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CN102683655B (en) 2015-01-21
KR101621133B1 (en) 2016-05-13
CN102683655A (en) 2012-09-19
WO2013159470A1 (en) 2013-10-31

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