KR20200017070A - Core―shell structure comprising inorganic particle and carbon, and method of fabricating thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention is to manufacture a silicon-carbon composite particle material which, by utilizing a technique of trapping a plurality of silicon fine particles inside a polymer base material, can solve low initial efficiency problem due to a large surface area of a core-shell structure of an existing single silicon particle-carbon composition, while exhibiting stable lifespan characteristics. Especially, a technique of the present invention can easily control number density of inorganic fine particles contained in the polymer base material, and can be utilized as a high-performance secondary battery electrode material since high density integration is possible.

Description

무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체 및 이의 제조 방법 {CORE―SHELL STRUCTURE COMPRISING INORGANIC PARTICLE AND CARBON, AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}Core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon and a method for manufacturing the same {CORE-SHELL STRUCTURE COMPRISING INORGANIC PARTICLE AND CARBON, AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}

본 발명은 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체에 관한 것이고, 또한 이러한 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon, and also to a method for producing a core-shell structure comprising such inorganic fine particles and carbon.

리튬이차전지의 고용량 음극 전극소재인 실리콘 미립자는 높은 성능 특성에도 불구하고 부피 팽창에 따른 구조손상의 문제로 인해 상업적 활용에 제약을 받고 있다. Silicon fine particles, which are high-capacity negative electrode materials of lithium secondary batteries, are restricted from commercial use due to structural damage due to volume expansion despite high performance characteristics.

따라서 전극소재 내에 완충용 공극을 포함시켜 전지 구동시 부피 팽창에 따른 구조 손상을 막기 위한 방안들이 제시되어 왔다. 이를 위한 대표적인 방안으로 탄소로 이루어진 쉘 내부에 하나의 실리콘 미립자를 포함하는 코어-쉘 구조화 기술이 개발되었다. 그러나 이 구조체는 지나치게 넓은 표면적 특성으로 인해 리튬이온과의 비가역 반응 증가에 따른 낮은 초기효율 특성을 보여, 여전히 상업화 활용에 제약을 가지고 있다. Therefore, methods for preventing structural damage due to volume expansion during battery operation by including buffering voids in the electrode material have been proposed. As a representative method for this, a core-shell structured technology including one silicon fine particle in a shell made of carbon has been developed. However, this structure has a low initial efficiency characteristic due to an increase in irreversible reaction with lithium ions due to its excessively large surface area characteristics, which still has limitations in commercialization.

일반적으로 미립자를 고분자 속에 가두는 기술은 친수성 용매에 입자를 분산시킨 후 단량체를 주입하여 이들 단량체가 고분자 사슬로 합성되는 과정에서 미립자가 고분자 내에 부작위적으로 포함되는 방법이 사용되었다. 또 다른 방법으로는 이중결합이 포함된 관능기를 미립자 표면에 부착시켜 입자를 개질시키고, 이들 관능기를 이용하여 고분자를 표면에 합성시키는 방법이 활용되어 왔다. 이상의 두 기술의 문제점은 고분자가 합성되면서 미립자가 랜덤하게 고분자 내에 포함되기 때문에 높은 집적밀도로 미립자를 고분자 내부에 포함시키기가 어려우며, 또한 전체 복합체 입자의 크기 조절도 어렵다는 단점을 가지고 있다. In general, the technique of confining the fine particles in the polymer has been used a method in which the particles are randomly included in the polymer in the process of dispersing the particles in a hydrophilic solvent and injecting the monomers to synthesize these monomers into the polymer chain. As another method, a method of modifying particles by attaching a functional group containing a double bond to the surface of a particle and synthesizing a polymer on the surface using these functional groups has been utilized. The problem of the above two technologies is that it is difficult to include the microparticles in the polymer at high integration density, and also to control the size of the entire composite particles because the microparticles are randomly included in the polymer as the polymer is synthesized.

보다 상세히는, 친수성 용매에 미립자를 분산시켜 합성하는 경우, 실험조건(합성온도, 혼합 속도, 용매의 종류)에 따라 내부 미립자의 고분자 모재 내부에 포함되는 수밀도에 큰 차이가 발생하기 때문에 정교한 제어가 어려우며, 표면 관능기를 활용하는 방법 또한 고분자가 미립자 표면에서부터 합성되기 때문에 고분자 내부에 포함되는 미립자의 수밀도가 매우 낮고 고분자 크기 또한 조절이 불가능 하다는 단점을 갖는다. In more detail, when the fine particles are dispersed in a hydrophilic solvent and synthesized, fine control is performed because a large difference occurs in the number density contained in the polymer matrix of the internal fine particles according to the experimental conditions (synthesis temperature, mixing speed, type of solvent). It is difficult, and the method using the surface functional group also has the disadvantage that the number of particles contained in the polymer is very low and the size of the polymer is also impossible to control because the polymer is synthesized from the surface of the particle.

상술한 바와 같이 무기 미립자를 고분자 모재 내에 분산시켜 복합입자를 형성하는 기존의 기술들은 내부 미립자의 수밀도 제어가 어렵다는 한계점을 안고 있다. As described above, existing techniques for forming composite particles by dispersing inorganic fine particles in a polymer matrix have limitations in controlling the number density of internal fine particles.

이를 극복하기 위한 방안으로써, 본 발명에서는 고분자 모재 내부에 포함되는 무기물 미립자의 수밀도 및 전체 복합입자의 크기를 정교하게 제어함으로써, 결과적으로 얻어지는 무기미립자-탄소 구성의 코어-쉘 구조체 복합입자의 물리화학적 특성을 제어할 수 있다. In order to overcome this problem, in the present invention, by controlling the number density of the inorganic fine particles contained in the polymer matrix and the size of the total composite particles finely, the physical and chemical properties of the resulting core-shell structured composite particles of inorganic fine particles-carbon composition You can control the characteristics.

본 발명의 일 실시예에 따른 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법은, 친수성 무기 미립자를 준비하는 단계; 상기 친수성 무기 미립자를 표면 개질하여 소수성을 띄게 하는 단계; 상기 소수성으로 표면 개질된 무기 미립자를 유기 용매에 분산시키는 단계; 상기 유기 용매에 물을 혼합하고 에멀젼화시키는 단계; 고분자 단량체를 물에 혼합하고 에멀젼화시키는 단계; 상기 고분자 단량체를 포함한 용액과 상기 유기 용매와의 혼성을 이룬 이후 중합 반응을 통해 고분자를 중합시키는 단계; 무기 미립자가 포함된 고분자 표면에 탄화 가능한 고분자를 코팅하여 무기 미립자가 포함된 내부 고분자와 탄화 가능한 고분자의 코어-쉘 구조를 형성하는 단계; 및 고온 열처리를 통해 내부 고분자를 열분해시키고, 탄화 가능한 고분자를 탄화시키는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of preparing a core-shell structure including inorganic fine particles and carbon may include preparing hydrophilic inorganic fine particles; Surface-modifying the hydrophilic inorganic fine particles to make them hydrophobic; Dispersing the hydrophobic surface-modified inorganic fine particles in an organic solvent; Mixing and emulsifying water in the organic solvent; Mixing the polymer monomer in water and emulsifying; Polymerizing the polymer through a polymerization reaction after hybridization of the solution including the polymer monomer with the organic solvent; Coating a carbonizable polymer on the surface of the polymer including the inorganic fine particles to form a core-shell structure of the internal polymer and the carbonizable polymer including the inorganic fine particles; And pyrolyzing the internal polymer through high temperature heat treatment, and carbonizing the carbonizable polymer.

상기 친수성 무기 미립자는 실리콘계 미립자이다. 상기 실리콘계 미립자는 Si, SiOx의 실리콘 산화물, Si-Y(Y = Ge, Sn, Pb, Cu, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ag, Al)합금 중 어느 하나 이상을 포함한다.The hydrophilic inorganic fine particles are silicon-based fine particles. The silicon-based fine particles include any one or more of a silicon oxide of Si, SiOx, Si-Y (Y = Ge, Sn, Pb, Cu, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ag, Al) alloy.

상기 유기 용매에 물을 혼합하고 에멀젼화시키는 단계는, 상기 유기 용매를 계면활성제가 포함된 물에 혼합한 이후 초음파 처리에 의해 이루어진다.Mixing and emulsifying water in the organic solvent is performed by sonication after mixing the organic solvent with water containing a surfactant.

상기 중합 고분자는, PS(Polystyrene), PMMA(Poly(methyl methacrylate), PVC(Polyvinyl chloride), PVF(Polyvinyl fluoride), PVA(Polyvinyl acetate), Polyacrylate계 고분자 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.The polymer is preferably at least one of PS (Polystyrene), PMMA (Poly (methyl methacrylate), PVC (Polyvinyl chloride), PVF (Polyvinyl fluoride), PVA (Polyvinyl acetate), Polyacrylate-based polymer.

상기 탄화 가능한 고분자는, 도파민, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아닐린, 폴리티오렌 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.The carbonizable polymer is preferably one or more of dopamine, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyaniline, and polythiene.

상기 소수성으로 표면 개질된 무기 미립자를 유기 용매에 분산시키는 단계에서, 상기 유기 용매에 분산된 무기 미립자의 중량비는 10wt% 이하인 것이 바람직하다.In the step of dispersing the hydrophobic surface-modified inorganic fine particles in the organic solvent, the weight ratio of the inorganic fine particles dispersed in the organic solvent is preferably 10wt% or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체는, 복수개의 무기 미립자가 탄소 쉘 내부에 포함되어 있고, 상기 무기 미립자의 수밀도가 제어되고, 크기의 균일성이 향상된다. 이러한 구조체는 이차전지용 음극재로 이용 가능하다.In the core-shell structure including inorganic fine particles and carbon according to an embodiment of the present invention, a plurality of inorganic fine particles are contained in the carbon shell, the water density of the inorganic fine particles is controlled, and the uniformity of the size is improved. . Such a structure can be used as a negative electrode material for a secondary battery.

무기 미립자와 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조 복합입자 소재의 물리화학적 성능은 내부에 포함되는 무기 미립자의 수밀도와 그 크기의 균일성에 의해 크게 변화된다. 따라서 높은 균일도를 가지면서도 내부 미립자의 높은 집적화가 가능한 복합입자 소재의 개발이 필수적으로 요구된다. The physicochemical performance of the core-shell structured composite material including inorganic fine particles and carbon is greatly changed by the uniformity of the number density and size of the inorganic fine particles contained therein. Therefore, it is necessary to develop a multi-particle material capable of high integration of internal particles while having high uniformity.

본 발명은 고분자 모재 내부에 다수의 실리콘 미립자가 포함된 복합입자로부터 실리콘-탄소 구성의 코어-쉘 구조체 입자를 형성함으로써, 기존의 실리콘 전극소재가 가지고 있던 낮은 초기효율의 문제점을 해결하면서도 안정된 수명특성과 높은 초기효율 특성을 가지는 신규 음극용 전극소재를 개발하였다. The present invention forms a core-shell structured particle of a silicon-carbon composition from a composite particle including a plurality of silicon fine particles in a polymer matrix, thereby solving the problem of low initial efficiency of a conventional silicon electrode material, while maintaining stable life characteristics. And developed a new electrode material for the negative electrode having a high initial efficiency characteristics.

본 실시예 이외에도 내부에 포함되는 무기 미립자의 종류와 외부를 감싸는 고분자 모재 소재를 다양화시킴으로써 차세대 이차전지 소재, 기능성 유/무기 복합구조체 코팅소재 등 다양한 분야로의 활용이 가능할 것으로 기대한다.In addition to the present embodiment, it is expected that the present invention may be utilized in various fields such as next-generation secondary battery materials and functional organic / inorganic composite structure coating materials by diversifying the type of inorganic fine particles contained therein and the polymer base material surrounding the outside.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법의 순서도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법의 모식도를 도시한다.
도 3은 유/무기 혼성중합을 통해 합성된 실리콘 미립자가 포함된 고분자의 투과 전자현미경 사진(왼쪽 1열)과 주사 전자현미경 사진(오른쪽 1열), 상단 사진은 실리콘/옥탄 에멀전의 옥탄대비 실리콘 중량비가 6wt%인 경우, 하단 사진은 3wt%인 경우의 사진을 도시한다.
도 4는 실리콘 미립자가 포함된 고분자에 도파민을 코팅 후 열처리를 통해 합성된 클러스터화된 실리콘 구조체의 투과 전자현미경 사진을 도시한다. 또한, 오른쪽 1열의 사진은 왼쪽 1열의 빨간 상자의 고배율 사진을 도시한다.
도 5는 실시예에서 제조된 전압과 용량 간의 그래프를 도시한다.
도 6은 샘플의 사이클에 따른 수명 특성을 도시한다.
도 7은 샘플의 초기 효율 분석 결과를 도시한다.
도 8은 샘플에 대한 순환 전압 전류법 분석 결과를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
1 shows a flow chart of a method for producing a core-shell structure comprising inorganic particulates and carbon according to one embodiment of the invention.
Figure 2 shows a schematic diagram of a method for producing a core-shell structure containing inorganic fine particles and carbon according to an embodiment of the present invention.
3 is a transmission electron micrograph (left column 1) and a scanning electron micrograph (right column 1) of a polymer including silicon particles synthesized through organic / inorganic hybrid polymerization, and the top photo is a octane-silicon of silicon / octane emulsion When the weight ratio is 6wt%, the lower picture shows a picture when 3wt%.
4 shows a transmission electron micrograph of a clustered silicon structure synthesized by heat treatment after coating dopamine on a polymer including silicon fine particles. Also, the photo on the right side shows a high magnification photo of the red box on the left side.
5 shows a graph between voltage and capacity prepared in the examples.
6 shows the life characteristics over the cycle of a sample.
7 shows the results of the initial efficiency analysis of the sample.
8 shows the cyclic voltammetry analysis results for the samples.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like elements throughout. In the following description, for purposes of explanation, various descriptions are set forth in order to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific form disclosed, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, but one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude in advance the possibility of the presence or the addition of an operation, a component, a part, or a combination thereof.

본 발명에서는 고분자 모재 내부에 다수의 실리콘 미립자를 가두는 기술을 활용하여, 기존 단일 실리콘 입자-탄소 구성의 코어-쉘 구조체가 가지는 넓은 표면적으로 인한 낮은 초기효율 문제를 해결하면서도 안정한 수명특성을 보일 수 있는 실리콘-탄소 복합입자 소재를 제작하고자 한다. 특히 본 제안 기술은 고분자 모재 내부에 포함되는 무기 미립자의 수밀도를 쉽게 조절할 수 있으며, 고밀도의 집적화가 가능하기 때문에 고성능의 이차전지 전극소재로의 활용이 가능하다. In the present invention, by utilizing the technology of trapping a plurality of silicon particles inside the polymer base material, it can solve the low initial efficiency problems due to the large surface area of the core-shell structure of the existing single silicon particle-carbon composition, while showing a stable life characteristics To fabricate a silicon-carbon composite particle material. In particular, the proposed technology can easily control the density of the inorganic fine particles contained in the polymer base material, and can be utilized as a high-performance secondary battery electrode material because high density integration is possible.

합성과정에서 다수의 실리콘 미립자가 포함된 고분자 복합체 입자를 제작한 다음, 후처리를 통해 하나의 탄소층 안에 다수의 실리콘 미립자가 포함되어 있는 실리콘-탄소 코어-쉘 복합 구조체를 제작하여 높은 초기효율과 안정한 수명특성을 지니는 전극소재를 합성할 수 있다. 무엇보다도 고분자 내부에 실리콘 미립자를 고밀도화시킴으로써, 결과적으로는 전체 입자가 가지는 표면적을 낮추어 줄 수 있어 전극 활용시 초기효율을 향상시키는 결과를 유도할 수 있다. 또한 실리콘-탄소 코어-쉘 복합체 입자의 크기 조절을 통하여 전극소재의 수명특성도 조절이 가능하다. In the synthesis process, a polymer composite particle including a plurality of silicon fine particles is manufactured, and then a post-treatment is performed to produce a silicon-carbon core-shell composite structure including a plurality of silicon fine particles in one carbon layer, thereby providing high initial efficiency and It is possible to synthesize an electrode material having a stable life characteristics. First of all, by densifying the silicon fine particles in the polymer, as a result, the surface area of the whole particles can be lowered, leading to a result of improving the initial efficiency when using the electrode. In addition, it is possible to control the life characteristics of the electrode material by controlling the size of the silicon-carbon core-shell composite particles.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법의 순서도를 도시한다. 1 shows a flow chart of a method of manufacturing a core-shell structure comprising inorganic particulates and carbon according to one embodiment of the invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법은, 친수성 무기 미립자를 준비하는 단계(S 110); 상기 친수성 무기 미립자를 표면 개질하여 소수성을 띄게 하는 단계(S 120); 상기 소수성으로 표면 개질된 무기 미립자를 유기 용매에 분산시키는 단계(S 130); 상기 유기 용매에 물을 혼합하여 에멀젼화시키는 단계(S 140); 고분자 단량체를 물에 혼합하고 에멀젼화시키는 단계(S 150); 상기 고분자 단량체를 포함한 용액과 상기 유기 용매와의 혼성을 이룬 이후 중합 반응을 통해 고분자를 중합시키는 단계(S 160); 무기 미립자가 포함된 고분자 표면에 탄화 가능한 고분자를 코팅하여 무기 미립자가 포함된 내부 고분자와 탄화 가능한 고분자의 코어-쉘 구조를 형성하는 단계(S 170); 및 고온 열처리를 통해 내부 고분자를 열분해시키고, 탄화 가능한 고분자를 탄화시키는 단계(S 180)를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of preparing a core-shell structure including inorganic fine particles and carbon may include preparing hydrophilic inorganic fine particles (S 110); Surface-modifying the hydrophilic inorganic fine particles to make hydrophobic (S 120); Dispersing the hydrophobic surface-modified inorganic fine particles in an organic solvent (S 130); Mixing water with the organic solvent to emulsify (S 140); Mixing the polymer monomer in water and emulsifying it (S 150); Polymerizing the polymer through a polymerization reaction after forming a mixture of the solution including the polymer monomer and the organic solvent (S 160); Coating a carbonizable polymer on the surface of the polymer including the inorganic fine particles to form a core-shell structure of the internal polymer and the carbonizable polymer including the inorganic fine particles (S 170); And thermally decomposing the internal polymer through high temperature heat treatment, and carbonizing the carbonizable polymer (S 180).

S 110 단계에서는 친수성 무기 미립자를 준비한다. 친수성 무기 미립자는 실리콘계 미립자가 이용되고, 실리콘계 미립자는 Si, SiOx의 실리콘 산화물, Si-Y(Y = Ge, Sn, Pb, Cu, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ag, Al)합금 중 어느 하나 이상을 포함한다.In step S 110, hydrophilic inorganic fine particles are prepared. As the hydrophilic inorganic fine particles, silicon-based fine particles are used, and the silicon-based fine particles are Si, SiOx silicon oxide, Si-Y (Y = Ge, Sn, Pb, Cu, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ag, Al) alloys It includes any one or more.

S 120 단계에서는 친수성 무기 미립자를 표면 개질하여 소수성을 띄게 만든다. 소수성 처리를 위해 소수성기를 포함한 용액으로 처리하게 된다. 예를 들어 소수성기를 포함한 용액으로 OTMS(Octadecyltrimethoxysilane)용액이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In step S 120, the hydrophilic inorganic fine particles are surface-modified to make hydrophobic. It is treated with a solution containing hydrophobic groups for hydrophobic treatment. For example, OTMS (Octadecyltrimethoxysilane) solution may be used as a solution including a hydrophobic group, but is not limited thereto.

S 130 단계에서는 소수성으로 표면 개질된 무기 미립자를 유기 용매에 분산시킨다. 유기 용매로는 예를 들어 옥탄 용액이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우 유기 용매에 분산된 무기 미립자의 중량비는 10wt% 이하인 것이 바람직하다. 10wt%를 초과하면 유기 용매에 무기 미립자의 분산 자체가 잘 이루어지지 아니하는 문제점을 갖기 때문이다.In step S 130, the hydrophobic surface-modified inorganic fine particles are dispersed in an organic solvent. For example, an octane solution may be used as the organic solvent, but is not limited thereto. In this case, the weight ratio of the inorganic fine particles dispersed in the organic solvent is preferably 10 wt% or less. If it exceeds 10wt%, it is because the dispersion itself of the inorganic fine particles in the organic solvent is not well made.

S 140 단계에서는 S 130 단계에서 준비된 유기 용매에 물을 혼합하고 에멀젼화를 시키게 된다. 계면활성제를 포함한 물에 무기 미립자가 포함된 유기 용매를 혼합하고, 초음파 처리에 의해 에멀젼화가 이루어진다.In step S 140, water is mixed and emulsified in the organic solvent prepared in step S 130. The organic solvent containing inorganic fine particles is mixed with water containing surfactant, and emulsification is performed by sonication.

S 150 단계에서는 고분자 단량체를 물에 혼합하고 에멀젼화한다. 고분자 단량체를 계면활성제가 포함된 물에 혼합하고 에멀젼화시키게 된다. 이러한 고분자는 S 160 단계에서 중합 단계를 거치게 된다. 중합 고분자는, PS(Polystyrene), PMMA(Poly(methyl methacrylate), PVC(Polyvinyl chloride), PVF(Polyvinyl fluoride), PVA(Polyvinyl acetate), Polyacrylate계 고분자 중 어느 하나 이상이 이용될 수 있다.In step S 150, the polymer monomer is mixed with water and emulsified. The polymer monomer is mixed with the surfactant-containing water and emulsified. The polymer is subjected to a polymerization step in step S 160. The polymer may be any one or more of polystyrene (PS), poly (methyl methacrylate), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinyl acetate (PVA), and polyacrylate-based polymers.

S 160 단계에서는 고분자 단량체를 포함한 용액과 유기 용매와의 혼성을 이룬 이후 중합 반응을 통해 고분자를 중합시킨다. S 140 단계에서 준비된 용액와 S 150 단계에서 준비된 용액을 혼합하고, 중합 개시제를 혼합하여 중합 반응이 일어나도록 한다.In step S 160, the polymer is polymerized through a polymerization reaction after hybridization of a solution including a polymer monomer with an organic solvent. The solution prepared in step S 140 and the solution prepared in step S 150 are mixed, and a polymerization initiator is mixed to cause a polymerization reaction.

S 170 단계에서는 무기 미립자가 포함된 고분자 표면에 탄화 가능한 고분자를 코팅하여 무기 미립자가 포함된 내부 고분자와 탄화 가능한 고분자의 코어-쉘 구조를 형성한다. 상기 탄화 가능한 고분자는 도파민, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아닐린, 폴리티오렌 중 어느 하나 이상이 이용될 수 있다. 탄화 가능한 고분자가 무기 미립자가 포함된 고분자 표면을 감싸게 됨으로써 코어-쉘 구조를 형성하게 된다.In step S 170, a carbonizable polymer is coated on the surface of the polymer including the inorganic fine particles to form a core-shell structure of the internal polymer and the carbonizable polymer including the inorganic fine particles. The carbonizable polymer may be any one or more of dopamine, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyaniline, and polythiene. The carbonizable polymer surrounds the surface of the polymer containing the inorganic fine particles to form a core-shell structure.

S 180 단계에서는 고온 열처리를 통해 내부 고분자를 열분해시키고, 탄화 가능한 고분자를 탄화시킨다. 이에 의해 최종적으로 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체를 얻게 된다.In step S 180, the internal polymer is thermally decomposed through high temperature heat treatment, and the carbonizable polymer is carbonized. As a result, a core-shell structure including inorganic fine particles and carbon is finally obtained.

위에서 설명된 방법에 의해 얻어진 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체는, 복수개의 무기 미립자가 탄소 쉘 내부에 포함되어 있다. 이 경우 종래 기술 및 해결하고자 하는 과제에서 설명한 것처럼, 본 발명의 경우 무기 미립자의 수밀도가 제어되고, 크기의 균일성이 향상된다. 수밀도의 제어에 의해 낮은 초기 효율의 문제점을 해결하였고, 안정된 수명 특성을 나타낼 수 있게 되었다. 즉, 미립자 표면에 이중결합이 포함된 관능기를 코팅한 후(소수성 처리 이후) 고분자를 합성하기 때문에, 본 발명에서는 고분자 내부의 미립자 수밀도의 제어가 가능하다는 측면에서 차별화되는 것이다.In the core-shell structure including the inorganic fine particles and carbon obtained by the method described above, a plurality of inorganic fine particles are contained inside the carbon shell. In this case, as described in the prior art and the problem to be solved, in the case of the present invention, the water density of the inorganic fine particles is controlled, and the uniformity of the size is improved. The control of water density solved the problem of low initial efficiency and showed stable life characteristics. That is, since the polymer is synthesized after coating a functional group including a double bond on the surface of the fine particles (after hydrophobic treatment), the present invention is differentiated in that the control of the number of fine particles in the polymer is possible.

이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the contents of the present invention together with the specific examples will be described in detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법의 모식도를 도시한다.Figure 2 shows a schematic diagram of a method for producing a core-shell structure containing inorganic fine particles and carbon according to an embodiment of the present invention.

40 nm 크기의 실리콘 미립자가 분산되어 있는 에탄올 용액과 OTMS (Octadecyltrimethoxysilane)용액이 분산되어 있는 클로로포름 용액을 혼합시키고, 이후 3시간 동안 반응시켜 실리콘 미립자의 표면이 소수성을 띄도록 처리하였다.An ethanol solution in which 40 nm silicon fine particles were dispersed and a chloroform solution in which OTMS (Octadecyltrimethoxysilane) was dispersed were mixed, and then reacted for 3 hours to treat the surface of the silicon fine particles to be hydrophobic.

소수성으로 개질된 실리콘 미립자를 옥탄용액에 분산시켜, 그 농도가 옥탄대비 실리콘 중량 기준 6 wt%, 3 wt%, 1 wt%로 조절하였다.Hydrophobically modified silicon fine particles were dispersed in octane solution, and the concentration was adjusted to 6 wt%, 3 wt%, and 1 wt% based on the weight of silicon relative to octane.

실리콘 미립자가 포함된 옥탄 용액을 20 mg SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) 계면활성제가 포함된 물에 혼합하고, 이후 초음파 분산기를 이용하여 에멀젼 형성을 유도하였다.The octane solution containing the silicon fine particles was mixed with water containing 20 mg SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) surfactant, and then emulsion formation was induced by using an ultrasonic disperser.

스티렌 단량체 5 ml를 20 mg SDS 계면활성제가 포함된 물에 혼합하고 이를 에멀젼화 시켰다.5 ml of styrene monomer was mixed in water containing 20 mg SDS surfactant and emulsified.

위에서 준비된 두 용액을 KPS 개시제와 혼합하여 80도 온도 조건에서 10시간 동안 반응시켰다.The two solutions prepared above were mixed with a KPS initiator and reacted at 80 ° C. for 10 hours.

합성된 실리콘 미립자가 포함된 고분자를 원심 분리하고 세척한 후 60도 온도 조건에서 6시간 동안 건조시켰다.The polymer containing the synthesized silicon microparticles was centrifuged, washed, and dried at 60 ° C. for 6 hours.

건조된 파우더를 Tris 완충용액 (225 ml, 10 mM, pH 9 조건)에 혼합시키고 초음파 분산기를 사용하여 분산시켰으며, 이후 도파민 전구체 450 mg과 반응시켜 표면에 도파민 중합체를 코팅하였다.The dried powder was mixed in Tris buffer (225 ml, 10 mM, pH 9 conditions) and dispersed using an ultrasonic disperser and then reacted with 450 mg of dopamine precursor to coat the dopamine polymer on the surface.

위에서 합성된 복합체를 원심 분리하고 세척한 후 60도에서 6시간 동안 건조 시켰으며, 이후 아르곤 기체 환경 하에서 800도 온도에서 2시간 동안 열처리를 하였다.The composite synthesized above was centrifuged and washed, dried at 60 ° C. for 6 hours, and then heat treated at 800 ° C. for 2 hours under argon gas.

투과전자현미경(TEM)분석을 통하여 열처리 이전에는 고분자 내부에 다수의 실리콘 미립자가 존재하는 상을 확인하고, 도파민 코팅 및 열처리 이후에는 하나의 탄소층 쉘 내부에 높은 수밀도로 집적화된 실리콘 미립자를 포함하는 코어-쉘 구조체가 안정적으로 형성됨을 확인하였다. 도 3은 유/무기 혼성중합을 통해 합성된 실리콘 미립자가 포함된 고분자의 투과 전자현미경 사진(왼쪽 1열)과 주사 전자현미경 사진(오른쪽 1열), 상단 사진은 실리콘/옥탄 에멀전의 옥탄대비 실리콘 중량비가 6wt%인 경우, 하단 사진은 3wt%인 경우의 사진을 도시한다.Through transmission electron microscopy (TEM) analysis, a phase in which a plurality of silicon particles are present inside the polymer before heat treatment, and after dopamine coating and heat treatment, contains silicon particles that are integrated at high density inside a single carbon layer shell It was confirmed that the core-shell structure was stably formed. 3 is a transmission electron micrograph (left column 1) and a scanning electron micrograph (right column 1) of a polymer containing silicon particles synthesized through organic / inorganic hybrid polymerization, and the top photo is a octane-silicon of silicon / octane emulsion When the weight ratio is 6wt%, the lower picture shows a picture when 3wt%.

도 4는 실리콘 미립자가 포함된 고분자에 도파민을 코팅 후 열처리를 통해 합성된 클러스터화된 실리콘 구조체의 투과 전자현미경 사진을 도시한다. 상단의 사진은 6wt%, 하단의 사진은 3wt% 샘플을 도시한다. 또한, 오른쪽 1열의 사진은 왼쪽 1열의 빨간 상자의 고배율 사진을 도시한다. 4 shows a transmission electron micrograph of a clustered silicon structure synthesized by heat treatment after coating dopamine on a polymer including silicon fine particles. The photo at the top shows 6wt% and the photo at the bottom shows a 3wt% sample. Also, the photo on the right side shows a high magnification photo of the red box on the left side.

도파민을 활용한 탄소층의 코팅 두께는 10~15nm 수준으로 매우 균일하게 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.The coating thickness of the carbon layer using the dopamine was found to be very uniformly adjustable to the 10 ~ 15nm level.

이후 합성한 복합체를 폴리아크릴산(Polyacrylic acid, PAA) 바인더와 카본블랙을 이용하여 슬러리를 제작하고, 이를 구리기판위에 도포시켜 이차전지용 음극을 제작하였다. Thereafter, the synthesized composite was prepared using a polyacrylic acid (PAlycrylic acid, PAA) binder and carbon black, and then coated on a copper substrate to prepare a negative electrode for a secondary battery.

코인형(CR 2032) 전지를 이용하여 리튬 메탈을 상대전극(양극)으로 구성하여 전지 성능 테스트를 진행하였다.Using a coin-type (CR 2032) battery, lithium metal was formed as a counter electrode (anode), and a battery performance test was conducted.

도 5는 전압과 용량 간의 그래프를 도시하고, 도 6은 사이클에 따른 수명 특성을 도시한다. 도 7은 샘플의 초기 효율 분석 결과를 도시한다. 도 8은 샘플에 대한 순환 전압 전류법 분석 결과(CV)를 도시한다.FIG. 5 shows a graph between voltage and capacity, and FIG. 6 shows lifetime characteristics over cycles. 7 shows the results of the initial efficiency analysis of the sample. 8 shows the cyclic voltammetry analysis results (CV) for the samples.

전지 성능의 확인 결과 내부에 포함되는 실리콘 미립자의 수밀도가 증가할수록 전체 복합입자의 표면적이 감소하고, 이로 인해 초기효율이 증가하는 것으로 확인되었다. 결과적으로 얻어지는 초기효율 값은 옥탄에 분산되는 실리콘의 중량비가 6wt%인 경우 80%, 3wt%의 경우 75%, 1wt%의 경우 71%의 값을 보였다.As a result of checking the battery performance, it was confirmed that as the number density of the silicon fine particles contained therein increases, the surface area of the entire composite particle decreases, thereby increasing initial efficiency. The resulting initial efficiency values were 80% for the weight ratio of silicon dispersed in octane, 75% for 3wt% and 71% for 1wt%.

내부에 포함되는 실리콘 미립자의 수밀도가 증가할수록 실리콘 미립자 간의 팽창/분쇄작용이 증가하여 수명특성은 낮아지는 것으로 나타났으며, 3wt% 샘플의 경우 50 싸이클까지의 충방전 과정에서는 가역용량 기준 현격한 용량감소가 나타나지 않음을 확인하였다.Increasing the number of silicon fine particles contained therein increased the swelling / crushing action between the silicon fine particles, resulting in a decrease in lifespan characteristics.In the case of 3wt% samples, the capacity of reversible capacity up to 50 cycles was remarkable. It was confirmed that there was no decrease.

X선 광전자 분광(XPS) 및 투과전자현미경(TEM) 분석을 통해 전지구동 싸이클이 반복적으로 진행되어도 실리콘-탄소 코어-쉘 구조체의 구조적 안정성으로 인해 SEI (Solid Electrolyte Interface) 형성층이 안정적으로 유지되는 것을 확인하였다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and transmission electron microscopy (TEM) analysis showed that the SEI (Solid Electrolyte Interface) formation layer was stably maintained due to the structural stability of the silicon-carbon core-shell structure even when the battery-driven cycle was repeatedly performed. Confirmed.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention should not be limited to the embodiments set forth herein but should be construed in the broadest scope consistent with the principles and novel features set forth herein.

Claims (11)

친수성 무기 미립자를 준비하는 단계;
상기 친수성 무기 미립자를 표면 개질하여 소수성을 띄게 하는 단계;
상기 소수성으로 표면 개질된 무기 미립자를 유기 용매에 분산시키는 단계;
상기 유기 용매에 물을 혼합하고 에멀젼화시키는 단계;
고분자 단량체를 물에 혼합하고 에멀젼화시키는 단계;
상기 고분자 단량체를 포함한 용액과 상기 유기 용매와의 혼성을 이룬 이후 중합 반응을 통해 고분자를 중합시키는 단계;
무기 미립자가 포함된 고분자 표면에 탄화 가능한 고분자를 코팅하여 무기 미립자가 포함된 내부 고분자와 탄화 가능한 고분자의 코어-쉘 구조를 형성하는 단계; 및
고온 열처리를 통해 내부 고분자를 열분해시키고, 탄화 가능한 고분자를 탄화시키는 단계를 포함하는,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법.
Preparing hydrophilic inorganic fine particles;
Surface-modifying the hydrophilic inorganic fine particles to make them hydrophobic;
Dispersing the hydrophobic surface-modified inorganic fine particles in an organic solvent;
Mixing and emulsifying water in the organic solvent;
Mixing the polymer monomer in water and emulsifying;
Polymerizing the polymer through a polymerization reaction after hybridization of the solution including the polymer monomer with the organic solvent;
Coating a carbonizable polymer on the surface of the polymer including the inorganic fine particles to form a core-shell structure of the internal polymer and the carbonizable polymer including the inorganic fine particles; And
Pyrolysing the internal polymer through high temperature heat treatment, and carbonizing the carbonizable polymer,
A method for producing a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon.
제 1 항에 있어서,
상기 친수성 무기 미립자는 실리콘계 미립자인,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The hydrophilic inorganic fine particles are silicon-based fine particles,
A method for producing a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon.
제 2 항에 있어서,
상기 실리콘계 미립자는,
Si, SiOx의 실리콘 산화물, Si-Y(Y = Ge, Sn, Pb, Cu, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ag, Al)합금 중 어느 하나 이상을 포함하는,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법.
The method of claim 2,
The silicon-based fine particles,
At least one of Si, SiOx silicon oxide, Si-Y (Y = Ge, Sn, Pb, Cu, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ag, Al) alloy,
A method for producing a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon.
제 1 항에 있어서,
상기 유기 용매에 물을 혼합하고 에멀젼화시키는 단계는,
상기 유기 용매를 계면활성제가 포함된 물에 혼합한 이후 초음파 처리에 의해 이루어지는,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Mixing and emulsifying water in the organic solvent,
By mixing the organic solvent with water containing a surfactant, followed by sonication,
A method for producing a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon.
제 1 항에 있어서,
상기 중합 고분자는, PS(Polystyrene), PMMA(Poly(methyl methacrylate), PVC(Polyvinyl chloride), PVF(Polyvinyl fluoride), PVA(Polyvinyl acetate), Polyacrylate계 고분자 중 어느 하나 이상인,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The polymer may be any one or more of polystyrene (PS), poly (methyl methacrylate), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinyl acetate (PVA), and polyacrylate-based polymers.
A method for producing a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon.
제 1 항에 있어서,
상기 탄화 가능한 고분자는,
도파민, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아닐린, 폴리티오렌 중 어느 하나 이상인,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The carbonizable polymer,
At least one of dopamine, polypyrrole, polyacrylonitrile, polyaniline, and polythiene,
A method for producing a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon.
제 1 항에 있어서,
상기 소수성으로 표면 개질된 무기 미립자를 유기 용매에 분산시키는 단계에서,
상기 유기 용매에 분산된 무기 미립자의 중량비는 10wt% 이하인,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Dispersing the hydrophobic surface-modified inorganic fine particles in an organic solvent,
The weight ratio of the inorganic fine particles dispersed in the organic solvent is 10wt% or less,
A method for producing a core-shell structure comprising inorganic fine particles and carbon.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되며,
복수개의 무기 미립자가 탄소 쉘 내부에 포함되어 있는,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체.
Prepared according to the method of any one of claims 1 to 7,
Where a plurality of inorganic fine particles are contained within the carbon shell,
A core-shell structure comprising inorganic particulates and carbon.
제 8 항에 있어서,
상기 무기 미립자의 수밀도가 제어되고, 크기의 균일성이 향상된,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체.
The method of claim 8,
The water density of the inorganic fine particles is controlled, the size uniformity is improved,
A core-shell structure comprising inorganic particulates and carbon.
제 9 항에 있어서,
상기 유기 용매에 분산된 무기 미립자의 중량비는 10wt% 이하인,
무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체.
The method of claim 9,
The weight ratio of the inorganic fine particles dispersed in the organic solvent is 10wt% or less,
A core-shell structure comprising inorganic particulates and carbon.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 무기 미립자 및 탄소를 포함하는 코어-쉘 구조체를 포함한, 이차전지용 음극재.A negative electrode material for a secondary battery, comprising a core-shell structure containing inorganic fine particles and carbon prepared according to any one of claims 1 to 7.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100138607A (en) * 2009-06-25 2010-12-31 삼성전자주식회사 Negative active material, negative electrode comprising same, method of preparing negative electrode, and lithium battery
WO2017127922A1 (en) * 2016-01-25 2017-08-03 HYDRO-QUéBEC Core-shell electrode material particles and their use in electrochemical cells

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100138607A (en) * 2009-06-25 2010-12-31 삼성전자주식회사 Negative active material, negative electrode comprising same, method of preparing negative electrode, and lithium battery
WO2017127922A1 (en) * 2016-01-25 2017-08-03 HYDRO-QUéBEC Core-shell electrode material particles and their use in electrochemical cells

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