KR20210043352A - 실리콘 복합체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 음극 활물질 및 리튬이차전지 - Google Patents

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Abstract

실리콘 복합체, 상기 실리콘 복합체의 제조 방법, 상기 실리콘 복합체를 포함하는 음극 활물질 및 상기 음극 활물질을 포함하는 리튬이차전지와 관련된 다양한 실시예들이 기술된 바, 한 실시예에 따르면, 실리콘 복합체는, 실리콘 코어; 및 상기 실리콘 코어의 표면상에 형성된 실리콘 옥시 카바이드 코팅층;을 포함하고, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층에는 복수의 포어가 형성될 수 있으며, 이외에도 다양한 다른 실시예들이 가능하다.

Description

실리콘 복합체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 음극 활물질 및 리튬이차전지{SILICON COMPOSITE, PREPARATION METHOD OF THEREOF, AND ANODE MATERIALS AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 개시의 다양한 실시예들은 실리콘 복합체, 실리콘 복합체의 제조 방법, 실리콘 복합체를 포함하는 음극 활물질 및 상기 음극 활물질을 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.
전자, 정보, 통신 기술이 발달하면서, 전자 장치가 소형화, 경량화, 박형화 및 휴대화됨에 따라, 이러한 전자 장치의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬이차전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 리튬이차전지는 충전 과정에서 양극으로부터 음극으로 이온(예; 리튬 이온)이 이동하여 음극 내에 이온(예; 리튬 이온)을 저장(예; 충전)할 수 있고, 상기 리튬이차전지는 음극으로부터 양극으로 이온(예; 리튬 이온)이 이동하여 전류를 방전하는 과정에서 음극으로부터 방출된 이온(예; 리튬 이온)이 양극로 돌아가 환원되어 저장되는 과정을 통하여 반복적으로 에너지를 저장할 수 있다. 이러한 상기 리튬이차전지는 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함할 수 있고, 상기 음극은 음극 집전체(예; 구리 호일(Cu foil))(또는 음극 기재), 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 구성될 수 있고, 상기 양극은 양극 집전체(예; 알루미늄 호일(Al foil))(또는 음극 기재), 양극 활물질, 도전재 및 바인더로 구성될 수 있다.
이러한 상기 리튬이차전지는 에너지 밀도(energy density)가 높고, 기전력이 크며 고용량을 발휘할 수 있는 장점을 가지고 있어 다양한 분야에 적용되고 있다.
이러한 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4 및 LiFePO4와 같은 리튬 복합금속 화합물이 이용되고 있으며, 상기 음극 활물질은 금속 리튬(metal lithium), 흑연(graphite) 및 활성탄(activated carbon)을 포함하는 카본계 물질(carbon based materials)을 사용하고 있다. 특히, 이러한 상기 카본계 음극 물질은 이온(예; 리튬 이온)의 산화-환원 공정 동안 결정구조의 변화가 작아 우수한 수명 특성을 가지고 있어 최초로 상업화된 리튬이차전지에 사용되었다. 그러나, 상기 카본계 음극 물질의 경우, 이론 용량이 약 400mAh/g에 불과하여 용량이 작은 단점이 있으며, 이를 해결하기 위해 고용량 음극 물질에 대해 많은 연구가 수행되고 있다. 상기 고용량 음극 물질 중 실리콘(silicon)은 음극 물질 중 가장 높은 이론 용량(4,200mAh/g)을 지니고 있어 카본계 음극 물질의 뒤를 이을 차세대 음극 소재로 각광 받고 있다.
음극 활물질은 음극 집전체(anode current collector)(또는 음극 기재)에 코팅되고, 이 상태에서 상기 음극 활물질은 리튬이차전지를 충전 또는 방전시 상기 음극 활물질에 사용된 음극 소재(예; 실리콘)의 부피가 약 400% 이상 팽창하여 상기 음극 집전체 (anode current collector)(또는 음극 기재)로부터 분리되는 박리(delamination) 현상이 발생되었다. 따라서, 상기 리튬이차전지는 이러한 박리(delamination) 현상으로 인하여 수명이 급격히 감소되었다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 음극 활물질이 음극 집전체(anode current collector)(또는 음극 기재)로부터 분리되는 것을 방지하기 위해 복수의 포어(pore)를 가진 실리콘 옥시 카바이드(silicon-oxy-carbide) 코팅층을 구성한 실리콘 복합체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 음극 활물질 및 리튬이차전지를 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 실리콘 옥시 카바이드(silicon-oxy-carbide) 코팅층에 형성된 복수의 포어는 일정 간격 또는/및 일정한 크기로 형성되며, 이러한 상기 복수의 포어는 1차원 구조 또는 3차원 구조로 형성하여 리튬이차전지의 고속 충전에 이용할 수 있는 실리콘 복합체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 음극 활물질 및 리튬이차전지를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 실리콘 복합체는, 실리콘 코어; 및 상기 실리콘 코어의 표면상에 형성된 실리콘 옥시 카바이드 코팅층;을 포함하고, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층에는 복수의 포어(pore)가 형성될 수 있다. 상기 복수의 포어는 일정 간격 또는/및 일정한 크기로 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 실리콘 복합체의 제조 방법은, 실리콘 코어의 표면에 전하차에 의해 유기 계면 활성제를 배열하는 공정; 상기 실리콘 코어의 표면에 배열된 유기 계면 활성제의 둘레에 실리카(silica) 전구체가 첨가된 실리카 계면 활성제를 전하차에 의해 배열하여 상기 실리콘 코어의 표면에 포어 실리카 구조를 형성하는 공정; 및 상기 포어 실리카 구조가 상기 고온의 수소 환경에서 상기 유기 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제의 산소를 부분적으로 제거되어 복수의 포어를 형성한 실리콘 옥시 카바이드 코팅층을 형성하는 공정;을 포함할 수 있다.
전술한 본 개시의 과제 해결 수단 중 적어도 어느 하나에 의하면, 실리콘 코어의 표면상에 복수의 포어(pore)를 가진 실리콘 옥시 카바이드 코팅층을 형성하고, 이러한 상기 실리콘 코어를 포함한 실리콘 복합체를 구성하며, 상기 실리콘 복합체를 포함한 음극 활물질을 리튬이차전지에 구성할 수 있다. 이 상태에서 상기 리튬이차전지의 충전 또는 방전을 반복할 경우, 실리콘 코어의 부피가 팽창 또는 수축을 반복하고, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층이 상기 실리콘 코어의 팽창 또는 수축하는 양을 최소화시킴으로써, 음극 집전체에 코팅된 음극 활물질이 상기 음극 집전체로부터 분리되는 박리(delamination) 현상을 방지할 수 있으며, 또한, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 이온(예; 리튬 이온)을 저장하여 상기 리튬이차전지의 충전량을 늘리는 역할을 할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 실리콘 코어의 표면은 유기 계면 활성제가 탄화된 카본 물질로 코팅되어 있어 음극의 전도성을 높이는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 이온(예; 리튬 이온)이 상기 복수의 포어(pore)를 통해 실리콘 코어에 빠르게 전달되어 전류를 충전함으로써, 상기 리튬이차전지의 고속 충전에서 저저항의 안전한 충전을 할 수 있고, 이로 인한 상기 리튬이차전지의 충전량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 리튬이차전지의 충전 효율 및 수명도 향상시킬 수 있다. 더불어, 상기 리튬이차전지의 성능도 크게 개선될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 셀을 나타내는 입체도 이다.
도 1b는 도 1a의 A부 확대도 로써, 배터리 셀의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2(a)(b)(c)(d)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체를 나타내는 측단면도 이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체를 나타내는 입체도 이다.
도 5(a)(b)(c)(d)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체의 구성 중 유기 계면 활성제의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6(a)(b)(c)(d)는 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체를 나타내는 측단면도 이다.
도 8은 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체를 나타내는 입체도 이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도 이다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예; 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예; 제 1) 구성요소가 다른(예; 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예; 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 전자 장치에 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치의 프로세서는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 전자 장치가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 전자 장치로 읽을 수 있는 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예; 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 발명된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 전자 장치로 읽을 수 있는 저장 매체(예; compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예; 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예; 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예; 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 전자 장치로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예; 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예; 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
본 문서에 발명된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(미도시됨)는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 상기 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예; 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 장치는 전술한 전자 장치들에 한정되지 않는다.
상기 전자 장치에 포함된 배터리 셀(예; 도 1a의 배터리 셀(100))은 상기 전자 장치의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 셀(100)은, 예를 들면, 재충전이 불가능한 1차 전지, 재충전이 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 셀(100)을 나타내는 입체도 이고, 도 1b는 도 1a의 A부 확대도 로써, 배터리 셀(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1 a, b를 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은 외부로 인출된 음극탭(120) 및 양극탭(130)을 구비한 재충전이 가능한 리튬이차전지(110)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 리튬이차전지(110)는 충전 과정에서 이온(예; 리튬 이온)이 음극(111)에서 양극(112)으로 이동할 때 전류를 방전시킬 수 있고, 반대로 양극(112)에서 음극(111)으로 이동할 때는 전류를 충전할 수 있다. 이때 충전된 전류는 상기 음극탭(120) 및 양극탭(130)을 통해 외부로 전달될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 배터리 셀(100)은 젤리롤(jelly-roll) 형태 구조 또는 스택(stacked) 형태 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)은 젤리롤(jelly-roll) 형태 구조 또는 스택(stacked) 형태 구조를 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 이러한 상기 배터리 셀(100)은 앞서 언급한 상기 충전 과정을 통해 전기 에너지를 생성할 수 있는 구조라면, 다양하게 적용될 수 있다.
앞서 도 1b와 같이, 이러한 상기 리튬이차전지(110)는 음극(111), 양극(112), 분리막(113) 및 전해질(미도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 음극(111)은 음극 집전체(또는 음극 기재)(111a), 후술하는 실리콘 복합체(예; 도 2의 실리콘 복합체(200) 또는 도 6의 실리콘 복합체(300))를 포함한 음극 활물질(111b), 도전재(111c) 및 바인더(111d)를 포함할 수 있고, 상기 양극(112)은 양극 집전체(또는 양극 기재)(112a), 양극 활물질(112b), 도전재(미도시됨) 및 바인더(미도시됨)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 음극 집전체(또는 음극 기재)(111a)는 구리 호일(Cu foil), 금 호일(Au foil), 니켈 호일(Ni foil), 니켈합금 호일 또는 구리합금 호일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도전재(111c)는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 브랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 금속 섬유, 알루미늄, 니켈 분말, 산화 아연, 티탄산 칼륨, 산화 티탄 또는 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 도전재(111c)는 개시된 상기 소재들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 그리고, 상기 바인더(111d)는 음극 활물질 입자들을 결착시켜 성형제를 유지하기 위하여 사용되는 것으로서, 폴리비닐레덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴산(PAA), 폴리메타크릴산(PMMA) 또는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; SBR) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 바인더(111d)는 개시된 상기 소재들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
이러한 상기 실리콘 복합체(200, 300)를 포함한 음극 활물질(111b)에 용매, 필요에 따라 상기 도전재(111c) 및 상기 바인더(111d)를 혼합 및 교반하여 슬러리(slurry)를 제조한 후 이를 음극 집전체(또는 음극 기재)(111a)에 코팅(도포)하고 압축한 뒤 건조하여 음극(111)을 제조할 수 있다.
또한, 상기한 양극(112)은 양극 활물질(112b)에 용매, 바인더(미도시됨) 및 도전재(미도시됨)를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 양극 집전체(112a)에 코팅(도포)하고 압축한 뒤 건조하여 양극(112)을 제조할 수 있다. 예컨대, 상기 양극(112)은 양극 활물질(112b)을 상기 양극 집전체(112a)상에 코팅한 후, 건조하는 단계에 의해 제조된다. 이때, 상기 양극 활물질(112b)은 리튬 함유 전이금속 산화물이 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들어, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x <1.3, 0≤y≤1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4 (0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 또는 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질(112b)은 상기 개시된 소재들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al)의 금속이나 금속 산화물로 코팅될 수 있다. 상기 양극 집전체(112a)는 전도성이 높은 금속으로서, 상기한 양극 활물질(112b)의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있고, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 상기 양극 집전체(112a)는 알루미늄 호일(Al foil) 또는 니켈 호일(Ni foil) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기한 양극(112)을 형성하기 위한 용매는 NMP(N-methyl pyrrolidone), DMF(Dimethylformamide), 아세톤 또는 디메틸 아세트아미드의 유기 용매 또는 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들 용매는 단독으로 사용되거나, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질(112b), 상기 바인더(미도시됨) 및 상기 도전재(미도시됨)를 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 분리막(113)은 다공성 고분자 필름을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 다공성 고분자 필름은 에틸렌 단독 합체, 프로필렌 단독 합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 또는 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 중 적어도 하나를 포함하여 제조될 수 있다. 이러한 상기 다공성 고분자 필름은 상기 개시된 소재들 중 하나를 단독으로 사용하여 제조하거나 상기 개시된 소재들 중 2종 이상을 적층으로 사용하여 제조할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 분리막(113)은 다공성 부직포를 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 분리막(113)은 고융점의 유리 섬유 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬이차전지(110)에 전해질로서 포함될 수 있는 리튬염은 리튬이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 전해질은 상기 리튬이차전지(110)를 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질 또는 용융형 무기 전해질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 리튬이차전지(110)는 외형의 제한이 없으며, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이, 상기 배터리셀(100)에 포함된 리튬이차전지(110)는 음극(111), 양극(112), 상기 음극(111)과 양극(112)의 사이에 개재된 분리막(separator)(113) 및 리튬염이 용해되어 있는 전해질(미도시됨)로 구성될 수 있다. 이러한 상기 음극(111)에 포함된 상기 음극 활물질(111b)은 후술하는 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(예; 도 2의 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230) 또는 도 6의 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330))을 형성한 실리콘 복합체(200, 300)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)은 상기 이온(예; 리튬 이온)을 이동시키는 1차원 구조로 형성된 복수의 포어(예; 도 2의 복수의 포어(231))를 형성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)은 상기 이온(예; 리튬 이온)을 이동시키는 3차원 구조로 형성된 복수의 제 1, 2 및 3 포어(예; 도 6의 복수의 제 1, 2 및 3 포어(331a, 332a, 333))를 형성할 수 있다.
도 2(a)(b)(c)(d)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 음극 활물질(예; 도 1b의 음극 활물질(111b))에 포함된 실리콘 복합체(200)의 제조 공정을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체(200)를 나타내는 측단면도이며, 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체(200)를 나타내는 입체도이다.
도 2 (a)(b)(c)(d) 내지 도 4를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 실리콘 복합체(200)는 실리콘 코어(210) 및 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 코어(210)가 들어 있는 용액을 준비하고, 이 용액에 유기 계면 활성제(211)(surfactant)를 용해시킬 수 있다. 예컨대, 도 2(a)와 같이, 실리콘 코어(210)가 들어 있는 용액에 유기 계면 활성제(211)(surfactant)를 용해시키면, 상기 실리콘 코어(210)와 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant)의 사이의 전하차(electric charge)에 의하여 상기 실리콘 코어(210)의 표면에 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant)가 배열될 수 있다.
도 2(b)와 같이, 이렇게 상기 실리콘 코어(210)의 표면에 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant)이 배열된 용액에 실리카 전구체(212a)(silica precursor)를 첨가하면, 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)가 제조될 수 있다. 예컨대, 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)는 상기 실리콘 코어(210)의 표면에 배열된 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant)의 외측 둘레에 배열될 수 있다. 즉, 상기 유기 계면 활성제(211)의 둘레에 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)를 전하차에 의해 배열할 수 있다. 이렇게 배열된 상기 유기 계면 활성체(211)(surfactant)와 상기 실리카 계면 활성체(212)(silica-surfactant miceller)는 상기 실리콘 코어(210)의 표면위에 포어 실리카 구조(220)를 형성할 수 있다.
도 2(c)와 같이, 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant)와 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)가 상기 포어 실리카 구조(220)로 배열된 실리콘 코어(210)는 고온의 수소 환경(미도시됨)로 이동할 수 있다. 이 상태에서, 상기 고온(예; 1350℃ 이상)의 수소 환경(미도시됨)에 산소가 제거된 낮은 농도의(예; H2 4~6% ; N2 or Ar 94~96%) 수소 가스를 주입할 수 있다.
이때, 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)의 산소, 및 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant)의 카본, 수소 그리고 수소 가스는 서로간에 반응하고, 상기 유기 계면 활성제(211)는 이러한 서로간의 반응에 의하여 고온에서 탄화되어 상기 실리카 계면 활성제(212)의 산소를 제거하여 물과 이산화 탄소를 생성하는 반응을 하게 된다. 그리고, 온도와 반응 시간에 따라 상기 실리카 계면 활성제(212)내의 산소를 부분적으로 제거하여 실리콘 산화물(SiOx)을 형성할 수 있다. 탄화된 상기 유기 계면 활성제(211)는 상기 실리콘 산화물과 같이 결합하여 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 포어 실리카 구조(220)는 상기 고온의 수소 환경에서 유기 계면 활성제(211)의 탄화 반응에 의해 상기 유기 계면 활성제(211)에 포함된 카본과 반응함과 동시에 상기 유기 계면 활성제(211)가 제거되어 팽창 공간(A1)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 포어 실리카 구조(220)는 상기 고온의 수소 환경(미도시됨)에서 상기 실리카 계면 활성제(212)의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제(212)에 포함된 카본과 반응함과 동시에 상기 실리카 계면 활성제(212)가 제거되어 상기 복수의 포어(231)를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 포어(231)는 일정 간격 또는/및 일정한 크기로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 포어 실리카 구조(220)에 포함된 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant) 및 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)가 제거되고, 상기 포어 실리카 구조(220)는 제거된 상기 유기 계면 활성제(211)(surfactant) 및 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)의 부분에 상기 팽창 공간(A1) 및 상기 복수의 포어(231)를 형성할 수 있다.
도 2(d)와 같이, 상기 실리콘 코어(210)의 표면에는 상기 팽창 공간(A1) 및 상기 복수의 포어(231)를 형성한 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)이 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 실리카 계면 활성제(212)에 포함된 카본은 탄화되어 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)을 형성하고, 나머지 카본은 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)에 포함되어 카본 코팅층이 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 포어(231)는 1차원 구조(예; X축 방향 또는 Y축 방향) 또는 3차원 구조(예; X축 방향, Y축 방향 및 Z축방향) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 포어(231)는 1차원 구조(예; X축 방향 또는 Y축 방향)로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 1차원 구조의 상기 복수의 포어(231)는 앞서 도 3 및 도 5와 같이, 상기 실리콘 복합체(200)를 측단면을 볼 때, X축 방향 또는 Y축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 복수의 포어(231)는 상기 실리콘 코어(210)의 중심으로부터 방사 구조로 배열될 수 있다. 예컨대, 이러한 상기 복수의 포어(231)는 상기 리튬이차전지(미도시됨)의 이온(예; 리튬 이온)을 이동시킬 수 있도록 이동홀로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 이동홀은 상기 실리콘 코어(210)의 중심으로부터 방사 구조로 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이러한 이동홀로 이루어진 복수의 포어(231)는 이온이 이동되는 통로로 활용될 수 있다.
따라서, 상기 리튬이차전지를 고속 충전시 방사 구조로 배열된 이동홀로 이루어진 상기 복수의 포어(231)는 상기 이온(예; 리튬 이온)을 상기 실리콘 코어(210)까지 빠르게 이동시킬 수 있다. 따라서, 상기 복수의 포어(231)를 가진 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)은 상기 실리콘 코어(210)의 부피가 팽창 또는 수축시 상기 실리콘 코어(210)의 팽창 또는 수축하는 양을 최소화시킴으로써, 음극 집전체(예; 도 1b의 음극 집전체(111a))에 코팅된 음극 활물질(예; 도 1b의 음극 활물질(111b))이 상기 음극 집전체(111a)로부터 분리되는 박리(delamination) 현상을 방지할 수 있다. 예컨대, 상기 실리콘 코어(210)의 표면 둘레에 상기 복수의 포어(231)를 가진 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)이 형성될 수 있고, 이러한 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)이 형성된 상기 실리콘 코어(210)는 실리콘 복합체(200)에 포함될 수 있다. 예컨대, 이러한 상기 실리콘 복합체(200)는 상기 음극 활물질(111b)에 포함될 수 있다. 이러한 실리콘 복합체(200)을 포함한 상기 음극 활물질(111b)이 상기 음극 집전체(111a)에 코팅될 수 있다. 이 상태에서, 상기 리튬이차전지의 충전 또는 방전을 반복할 경우, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)이 상기 실리콘 코어(210)의 팽창 또는 수축하는 양을 최소화하여 상기 음극 활물질(111b)이 상기 음극 집전체(111a)로부터 분리되는 박리 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)은 이온(예; 리튬 이온)을 저장하여 상기 리튬이차전지(미도시됨)의 충전량을 증가시킬 수 있고, 더불어 상기 이온(예; 리튬 이온)이 상기 복수의 포어(231)를 통해 실리콘 코어(210)에 빠르게 전달되어 전류를 충전될 수 있으며, 이로인해 상기 리튬이차전지의 충전량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 리튬이차전지의 충전 효율 및 수명도 향상시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 도 5(a)(b)(c)(d)는 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체(200)의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 5(a)(b)(c)(d)를 참조하면, 상기 포어 실리카 구조(220)의 크기는 실리카 전구체(212a)(silica precursor)의 양 또는/및 유기 계면 활성제(411)(surfactant)의 구조에 의하여 조절될 수 있고, 상기 포어 실리카 구조(220)의 두께는 함침시간 또는/및 실리카 전구체(212a)(silica precursor)의 양에 의하여 조절될 수 있다. 예컨대, 도 5(a)와 같이, 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)의 구조는 머리(411a)와 꼬리(411b)로 구분될 수 있다. 상기 실리콘 코어(210)가 들어 있는 용액에 상기 꼬리(411b)의 길이가 길게 형성된 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)를 용해시키면, 상기 실리콘 코어(210)의 표면에 상기 꼬리(411b)의 길이가 길게 형성된 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)를 전하차에 의해 배열할 수 있다. 이러한 도 5(b)와 같이, 상기 용액에 실리카 전구체(212a)(silica precursor)를 첨가하면, 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)가 제조될 수 있다. 예컨대, 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)는 상기 실리콘 코어(210)의 표면에 배열된 상기 꼬리(411b)의 길이가 길게 형성된 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)의 외측 둘레에 배열될 수 있다. 예컨대, 이러한 상기 유기 계면 활성제(411)의 둘레에 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)를 전하차에 의해 배열할 수 있다. 이렇게 배열된 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)와 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)는 상기 실리콘 코어(210)의 표면위에 포어 실리카 구조(220)를 형성할 수 있다,
도 5(c)와 같이, 상기 꼬리(411b)의 길이가 길게 형성된 유기 계면 활성제(411)(surfactant)와 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)가 배열된 실리콘 코어(210)는 고온의 수소 환경(미도시됨)로 이동할 수 있다. 이 상태에서, 상기 고온(예; 1350℃ 이상)의 수소 환경(미도시됨)에 산소가 제거된 낮은 농도의(예; H2 4~6% ; N2 or Ar 94~96%) 수소 가스를 주입할 수 있다.
이때, 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)의 산소, 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)의 카본, 수소 그리고 수소 가스는 서로간에 반응하고, 상기 꼬리(411b)의 길이가 길게 형성된 상기 유기 계면 활성제(411)는 이러한 서로간의 반응에 의하여 고온에서 탄화되어 상기 실리카 계면 활성제(212)의 산소를 제거하여 물과 이산화 탄소를 생성하는 반응을 하게 된다. 그리고, 온도와 반응 시간에 따라 상기 실리카 계면 활성제(212)내의 산소를 부분적으로 제거하여 실리콘 산화물(SiOx)을 형성할 수 있다. 탄화된 상기 유기 계면 활성제(411)는 상기 실리콘 산화물과 같이 결합하여 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)으로 형성될 수 있다.
이때, 도 5(d)와 같이, 상기 실리콘 복합체(200)는 상기 고온의 수소 환경(미도시됨)에서 상기 유기 계면 활성제(211)의 탄화 반응에 의해 상기 유기 계면 활성제(211)에 포함된 카본과 반응함과 동시에 상기 유기 계면 활성제(211)가 제거되어 팽창 공간(A2)을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 팽창 공간(A2)은 상기 실리콘 코어(210)와 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)의 사이에 형성될 수 있다. 이때, 상기 팽창 공간(A2)의 크기는 실리카 전구체(212a)(silica precursor)의 양이나 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)의 구조에 의하여 조절될 수 있다. 예컨대, 실리카 전구체(212a)(silica precursor)의 꼬리(tail) 길이가 작거나 길 경우 및 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant)의 구조가 다를 경우, 상기 팽창 공간(A2)의 크기는 조절될 수 있다.
이러한 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)은 상기 고온의 수소 환경(미도시됨)에서 상기 실리카 계면 활성제(212)의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제(212)에 포함된 카본과 반응함과 동시에 상기 실리카 계면 활성제(212)가 제거되어 상기 복수의 포어(231)를 형성할 수 있다.
따라서, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)에 포함된 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant) 및 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)가 제거되고, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)은 제거된 상기 유기 계면 활성제(411)(surfactant) 및 상기 실리카 계면 활성제(212)(silica-surfactant miceller)의 부분에 상기 팽창 공간(A2) 및 상기 복수의 포어(231)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 실리콘 코어(210)의 표면에는 상기 팽창 공간(A2) 및 상기 복수의 포어(231)를 형성한 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)이 형성될 수 있다.
이러한 상기 팽창 공간(A2)의 크기는 앞서 도 3에 도시된 상기 팽창 공간(A1)보다 크게 형성될 수 있다.
따라서, 상기 팽창 공간(A1)은 상기 실리콘 코어(210)가 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)내에서 상기 리튬이차전지(미도시됨)의 충전에 의한 팽창을 할 수 있도록 완충 영역의 역할을 하고, 이로 인한 음극의 저장용량의 저하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 더 많은 이온(예; 리튬 이온)을 실리콘 코어(210)에 저장할 수 있도록 하는 공간이 될 수 있다.
도 6(a)(b)(c)(d)는 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체(300)의 제조 공정을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체(300)를 나타내는 측단면도 이며, 도 8은 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체(300)를 나타내는 입체도 이다.
도 6(a)(b)(c)(d) 내지 도 8을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 실리콘 복합체(300)는 실리콘 코어(310) 및 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6(a)와 같이, 상기 실리콘 코어(310)의 표면에는 전하차에 의해 유기 계면 활성제(311)가 배열될 수 있다. 이 상태에서, 도 6(b)와 같이, 상기 실리콘 코어(310)의 표면에 배열된 유기 계면 활성제(311)의 둘레에 실리카 전구체(312a)가 첨가된 실리카 계면 활성제(312)를 전하차에 의해 배열할 수 있다. 이때, 도 6(c)와 같이, 상기 실리콘 코어(310)의 표면에는 포어 실리카 구조(320)가 형성될 수 있다. 상기 유기 계면 활성제(311)와 상기 실리카 계면 활성제(312)가 상기 포어 실리카 구조(320)로 배열된 실리콘 코어(310)는 고온의 수소 환경(미도시됨)으로 이동할 수 있다. 이 상태에서, 상기 고온(예; 1350℃ 이상)의 수소 환경(미도시됨)에 산소가 제거된 낮은 농도의(예; H2 4~6% ; N2 or Ar 94~96%) 수소 가스를 주입할 수 있다. 상기 실리카 계면 활성제(312)(silica-surfactant miceller)의 산소, 상기 유기 계면 활성제(311)(surfactant)의 카본, 수소 그리고 수소 가스는 서로간에 반응하고, 상기 유기 계면 활성제(311)는 이러한 서로간에 반응에 의하여 고온에서 탄화되어 상기 실리카 계면 활성제(312)의 산소를 제거하여 물과 이산화 탄소를 생성하는 반응을 하게 된다. 그리고, 온도와 반응 시간에 따라 상기 실리카 계면 활성제(312)내의 산소를 부분적으로 제거하여 실리콘 산화물(SiOx)을 형성할 수 있다. 탄화된 유기 계면 활성제(311)는 상기 실리콘 산화물과 같이 결합하여 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)을 형성할 수 있다. 그리고, 도 6(d)과 같이, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)은 팽창 공간(A3) 및 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 제 3 포어(333)를 형성할 수 있다. 상기 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 제 3 포어(333)는 일정 간격 또는/및 일정한 크기로 형성될 수 있다.
상기 팽창 공간(A3) 및 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)의 구체적인 제조 공정은 앞서 도 2(a)(b)(c)(d)의 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)의 제조 공정들 중 적어도 하나와 동일, 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)은 앞서 도 7과 같이, 실리콘 복합체(300)를 측단면으로 볼 때, 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331, 332)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(332)은 상기 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331)의 외측 둘레에 배열될 수 있다.
이러한 상기 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331)에는 상기 복수의 제 1 포어(331a)가 형성될 수 있고, 상기 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(332)에는 상기 복수의 제 2 포어(332a)가 형성될 수 있으며, 상기 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331, 332)의 사이에는 상기 제 3 포어(333)가 형성될 수 있다.
이러한 상기 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 상기 제 3 포어(333)는 도 8과 같이, 3차원 구조(예; X축 방향, Y축 방향 및 Z축방향)로 형성될 수 있다. 예컨대, 3차원 구조(예; X축 방향, Y축 방향 및 Z축방향)의 상기 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 상기 제 3 포어(333)는 X축 방향, Y축 방향으로 및 Z축 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 상기 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 상기 제 3 포어(333)는 상기 리튬이차전지(미도시됨)의 이온(예; 리튬 이온)을 이동시킬 수 있도록 제 1, 2 및 3 이동홀로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 상기 제 1, 2 및 3 이동홀도 3차원 구조로 형성될 수 있다. 상기 3차원 구조로 형성된 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 상기 제 3 포어(333)는 상기 리튬이차전지를 고속 충전시 상기 이온(예; 리튬 이온)을 상기 실리콘 코어(310)까지 빠르게 3차원적(예; X축/Y축/Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다. 이로 인해 상기 리튬이차전지의 충전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 구조의 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)은 상기 실리콘 코어(310)의 팽창 또는 수축하는 양을 최소화시킴으로써, 음극 집전체(111a)에 코팅된 음극 활물질(111b)이 상기 음극 집전체(또는 음극 기재)(111a)로부터 분리되는 박리(delamination) 현상을 더욱 방지할 수 있다. 이로 인해 상기 리튬이차전지(미도시됨)의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 실리콘 복합체(예; 도 2 및 도 6의 실리콘 복합체(200, 300)의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도 이다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 실리콘 복합체(200, 300)의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 앞서 언급한 도 2 및 도 6과 같이, 실리콘 코어(210, 310)가 들어 있는 용액을 준비하고, 이 용액에 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant)를 용해시킬 수 있고, 상기 실리콘 코어(210, 310)가 들어 있는 용액에 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant)를 용해시키면, 상기 실리콘 코어(210, 310)의 표면에는 상기 실리콘 코어(210, 310)와 상기 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant)의 사이의 전하차(electric charge)에 의하여 상기 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant)가 배열될 수 있다.(S11)
그리고, 이렇게 상기 실리콘 코어(210, 310)의 표면에 상기 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant)가 배열된 용액에 실리카 전구체(212a, 312a)(silica precursor)를 첨가하여 실리카 계면 활성제(212, 312)(silica-surfactant miceller)를 만들고, 이렇게 만들어진 상기 실리카 계면 활성제(212, 312)(silica-surfactant miceller)는 상기 실리콘 코어(210, 310)의 표면에 배열된 상기 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant)의 외측 둘레에 전하차(electric charge)에 의해 배열될 수 있다. 이때, 상기 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant)와 상기 실리카 계면 활성제(212, 312)(silica-surfactant miceller)는 상기 실리콘 코어(210, 310)의 표면 위에 포어 실리카 구조(220, 320)를 형성할 수 있다.(S12)
상기 팽창 공간(A3) 및 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230, 330)의 구체적인 제조 공정은 앞서 도 2(a)(b)(c)(d)의 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230, 330)의 제조 공정들 중 적어도 하나와 동일, 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 포어 실리카 구조(220, 320)는 상기 고온의 수소 환경에서 유기 계면 활성제(211, 311)의 탄화 반응에 의해 상기 유기 계면 활성제(211, 311)에 포함된 카본과 반응함과 동시에 상기 유기 계면 활성제(211, 311)가 제거되어 팽창 공간(A1, A3)을 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 포어 실리카 구조(220, 320)는 상기 고온의 수소 환경에서 상기 실리카 계면 활성제(212, 312)의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제(212, 312)에 포함된 카본과 반응함과 동시에 상기 실리카 계면 활성제(212, 312)가 제거되어 상기 복수의 포어를 형성할 수 있다.
따라서, 상기 포어 실리카 구조(220, 320)에 포함된 상기 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant) 및 상기 실리카 계면 활성제(212, 312)(silica-surfactant miceller)가 제거되고, 상기 포어 실리카 구조(220, 320)는 제거된 상기 유기 계면 활성제(211, 311)(surfactant) 및 상기 실리카 계면 활성제(212, 312)(silica-surfactant miceller)의 부분에 상기 팽창 공간(A1, A3) 및 상기 복수의 포어를 형성할 수 있다.
상기 실리콘 코어(210, 310)의 표면에는 상기 팽창 공간(A1, A3) 및 상기 복수의 포어를 형성한 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230, 330)이 형성될 수 있다.(S13)
다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 포어는 1차원 구조(예; X축 방향 또는 Y축 방향) 또는 3차원 구조(예; X축 방향, Y축 방향 및 Z축방향) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 1차원 구조의 복수의 포어(231)는 이온(예; 리튬 이온)을 이동시키는 이동홀로 이루어질 수 있다. 예컨대, 이러한 이동홀로 이루어진 상기 복수의 포어(231)는 이온이 이동되는 통로로 활용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 1차원 구조의 복수의 포어(231)은 상기 실리콘 코어(210)의 중심으로부터 방사 구조로 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 앞서 도 6 내지 도 8와 같이, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)은 상기 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331, 332)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(332)은 상기 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331)의 외측 둘레에 배열될 수 있다.
이러한 상기 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331)에는 복수의 제 1 포어(331a)가 형성될 수 있고, 상기 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(332)에는 복수의 제 2 포어(332a)가 형성될 수 있으며, 상기 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331, 332)의 사이에는 제 3 포어(333)가 형성될 수 있다.
이러한 상기 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 상기 제 3 포어(333)은 앞서 도 8과 같이, 3차원 구조(예; X축 방향, Y축 방향 및 Z축방향)로 형성될 수 있다. 예컨대, 3차원 구조(예; X축 방향, Y축 방향 및 Z축방향)의 상기 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 상기 제 3 포어(333)는 X축 방향, Y축 방향으로 및 Z축 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 상기 복수의 제 1, 2 포어(331a, 332a) 및 상기 제 3 포어(333)는 상기 리튬이차전지(미도시됨)의 이온(예; 리튬 이온)을 이동시킬 수 있도록 제 1, 2 및 3 이동홀로 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 상기 제 1, 2 및 3 이동홀도 3차원 구조로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이러한 제 1, 2 및 3 이동홀로 이루어진 상기 복수의 제 1, 2 및 3 포어(331a, 332a, 333)는 이온이 이동되는 통로로 활용될 수 있다.
이와 같이, 상기 실리콘 복합체(200)는 상기 공정을 통해 상기 실리콘 코어(210)의 표면에 1차원 구조의 포어(231)가 형성된 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 복합체(300)는 상기 공정을 통해 상기 실리콘 코어(310)의 표면에 3차원 구조의 제 1, 2 및 3 포어(331a, 332a, 333)가 형성된 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(330)을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 방법으로 제조된 상기 실리콘 복합체(200, 300)는 음극 활물질(예; 도 1b의 음극 활물질(111b))에 포함될 수 있다. 이러한 상기 실리콘 복합체(200, 300)를 포함한 음극 활물질(예; 도 1b의 음극 활물질(111b))은 리튬이차전지에 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 음극(예; 도 1b의 음극(111))은 음극 활물질(예; 도 1b의 음극 활물질(111b))에 용매, 필요에 따라 바인더(예; 도 1b의 바인더(111d)) 및 도전재(예; 도 1b의 도전재(111c))를 혼합 및 교반하여 슬러리(slurry)를 제조한 후 이를 음극 집전체(또는 음극 기재)(예; 도 1b의 음극 집전체(111a))에 코팅(도포)하고 압축한 뒤 건조하여 제조할 수 있다.
상기 양극(예; 도 1b의 양극(112))은 양극 활물질(예; 도 1b의 양극 활물질(112b))에 용매, 바인더(미도시됨) 및 도전재(미도시됨)를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 양극 집전체(예; 도 1b의 양극 집전체(112a))에 코팅(도포)하고 압축한 뒤 건조하여 제조할 수 있다.
이러한, 상기 리튬이차전지(예; 도 1b의 리튬이차전지(110))는 상기 음극(예; 도 1b의 음극(111)), 상기 양극(예; 도 1b의 양극(112)), 상기 음극과 상기 양극의 사이에 개재된 분리막(separator)(예; 도 1b의 분리막(113)) 및 리튬염이 용해되어 있는 전해질(미도시됨)로 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 리튬이차전지(110)는 상기 음극(111), 상기 양극(112), 상기 분리막(113) 및 전해질(미도시됨)을 포함하여 제조될 수 있다. 상기 음극(111)은 상기 음극 집전체(또는 음극 기재)(111a), 상기 실리콘 복합체(200, 300)를 포함한 음극 활물질(111b), 도전재(111c) 및 바인더(111d)를 포함할 수 있고, 상기 양극(112)은 양극 집전체(또는 양극 기재)(112a), 양극 활물질(112b), 도전재(미도시됨) 및 바인더(미도시됨)를 포함할 수 있다.
이렇게 제조된 상기 리튬이차전지(110)는 이온(예; 리튬 이온)이 상기 음극(111)에서 상기 양극(112)으로 이동할 때 전류를 방전시킬 수 있고, 반대로 상기 양극(112)에서 상기 음극(111)으로 이동할 때는 전류를 충전할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 실리콘 복합체(예; 도 2 및 도 6의 실리콘 복합체(200, 300))는, 실리콘 코어(예; 도 2 및 도 6의 실리콘 코어(210, 310)); 및 상기 실리콘 코어의 표면상에 형성된 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(예; 도 2 및 도 6 의 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(230, 330))을 포함하고, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층에는 복수의 포어(예; 도 2의 복수의 포어(231)가 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 포어(예; 도 2 및 도 6의 복수의 포어(231, 331a, 332a, 333))는 1차원 구조 또는 3차원 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 포어는 이온(예; 리튬 이온)을 이동시키는 이동홀로 이루어질 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 실리콘 코어의 표면은 상기 실리콘 코어의 표면에 배열된 유기 계면 활성제의 둘레에 실리카 전구체가 첨가된 실리카 계면 활성제를 전하차에 의해 배열하여 포어 실리카 구조(예; 도 2 및 도 6의 포어 실리카 구조(220, 320))를 형성하고, 상기 포어 실리카 구조(예; 도 2 및 도 6의 포어 실리카 구조(220, 320))는 상기 실리카 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 실리콘 산화물(SiOx)을 형성할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 포어 실리카 구조는 상기 고온의 수소 환경에서 유기 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 유기 계면 활성제에 포함된 카본과 반응함과 아울러 상기 유기 계면 활성제가 제거되어 팽창 공간을 형성할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 포어 실리카 구조는 상기 고온의 수소 환경에서 상기 실리카 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제에 포함된 카본과 반응함과 아울러 상기 실리카 계면 활성제가 제거되어 상기 복수의 포어를 형성할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 실리콘 복합체를 측단면으로 볼때, 상기 복수의 포어는 상기 실리콘 코어의 중심으로부터 방사 구조로 배열될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 실리콘 복합체를 측단면으로 볼때, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(예; 도 6의 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331, 332))을 포함하고, 상기 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(예; 도 6의 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(331))은 복수의 제 1 포어(예; 도 8의 복수의 제 1 포어(331a))를 형성하며, 상기 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(예; 도 6의 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층(332))은 복수의 제 2 포어(예; 도 8의 복수의 제 2 포어(332a))를 형성하고, 상기 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층의 사이에는 상기 복수의 제 1, 2 포어와 연결된 제 3 포어(예; 도 8의 제 3 포어(333))가 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 복수의 제 1, 2 포어는 복수의 제 1, 2 이동홀로 이루어지고, 상기 제 3 포어는 제 3 이동홀로 이루어질 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 실리콘 복합체의 제조 방법은, 실리콘 코어의 표면에 전하차에 의해 유기 계면 활성제를 배열하는 공정; 상기 실리콘 코어의 표면에 배열된 유기 계면 활성제의 둘레에 실리카 전구체가 첨가된 실리카 계면 활성제를 전하차에 의해 배열하여 상기 실리콘 코어의 표면에 포어 실리카 구조를 형성하는 공정; 및 상기 포어 실리카 구조가 상기 고온의 수소 환경에서 상기 유기 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제의 산소를 부분적으로 제거되어 복수의 포어를 형성한 실리콘 옥시 카바이드 코팅층을 형성하는 공정;을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 개시의 다양한 실시예의 실리콘 복합체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 음극 활물질 및 리튬이차전지는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
실리콘 복합체 ; 200, 300 실리콘 코어 ; 210. 310
복수의 포어 ; 231 유기 계면 활성제 ; 211, 311
실리카 전구체 ; 212a, 312a 실리카 계면 활성제 ; 212, 312
포어 실리카 구조 ; 220, 320
실리콘 옥시 카바이드 코팅층 ; 230, 330
팽창 공간 ; A1, A2, A3

Claims (20)

  1. 실리콘 복합체에 있어서,
    실리콘 코어; 및
    상기 실리콘 코어의 표면상에 형성된 실리콘 옥시 카바이드 코팅층을 포함하고,
    상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층에는 복수의 포어가 형성된 실리콘 복합체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 포어는 1차원 구조 또는 3차원 구조 중 적어도 하나로 형성된 실리콘 복합체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 포어는 이온을 이동시키는 이동홀로 이루어지는 실리콘 복합체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 코어의 표면은 상기 실리콘 코어의 표면에 배열된 유기 계면 활성제의 둘레에 실리카 전구체가 첨가된 실리카 계면 활성제를 전하차에 의해 배열하여 포어 실리카 구조를 형성하고,
    상기 포어 실리카 구조는 상기 실리카 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 실리콘 산화물(SiOx)을 형성하는 실리콘 복합체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 포어 실리카 구조는 상기 고온의 수소 환경에서 유기 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 유기 계면 활성제에 포함된 카본과 반응함과 아울러 상기 유기 계면 활성제가 제거되어 팽창 공간을 형성한 실리콘 복합체.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 포어 실리카 구조는 상기 고온의 수소 환경에서 상기 실리카 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제에 포함된 카본과 반응함과 아울러 상기 실리카 계면 활성제가 제거되어 상기 복수의 포어를 형성한 실리콘 복합체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 복합체를 측단면으로 볼때, 상기 복수의 포어는 상기 실리콘 코어의 중심으로부터 방사 구조로 배열된 실리콘 복합체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 복합체를 측단면으로 볼때, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층을 포함하고,
    상기 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 복수의 제 1 포어를 형성하며,
    상기 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 복수의 제 2 포어를 형성하고,
    상기 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층의 사이에는 상기 복수의 제 1, 2 포어와 연결된 제 3 포어가 형성된 실리콘 복합체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 제 1, 2 포어는 복수의 제 1, 2 이동홀로 이루어지고, 상기 제 3 포어는 제 3 이동홀로 이루어지는 실리콘 복합체.
  10. 실리콘 복합체의 제조 방법에 있어서,
    실리콘 코어의 표면에 전하차에 의해 유기 계면 활성제를 배열하는 공정;
    상기 실리콘 코어의 표면에 배열된 유기 계면 활성제의 둘레에 실리카 전구체가 첨가된 실리카 계면 활성제를 전하차에 의해 배열하여 상기 실리콘 코어의 표면에 포어 실리카 구조를 형성하는 공정; 및
    상기 포어 실리카 구조가 상기 고온의 수소 환경에서 상기 유기 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제의 산소를 부분적으로 제거되어 복수의 포어를 형성한 실리콘 옥시 카바이드 코팅층을 형성하는 공정;을 포함하는 실리콘 복합체의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 포어는 1차원 구조 또는 3차원 구조 중 적어도 하나로 형성된 실리콘 복합체의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 포어는 이온을 이동시키는 이동홀로 이루어지는 실리콘 복합체의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 포어 실리카 구조는 상기 실리카 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 실리콘 산화물(SiOx)을 형성하는 실리콘 복합체의 제조 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 포어 실리카 구조는 상기 고온의 수소 환경에서 유기 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 유기 계면 활성제에 포함된 카본과 반응함과 아울러 상기 유기 계면 활성제가 제거되어 팽창 공간을 형성한 실리콘 복합체의 제조 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 포어 실리카 구조는 상기 고온의 수소 환경에서 상기 실리카 계면 활성제의 탄화 반응에 의해 상기 실리카 계면 활성제에 포함된 카본과 반응함과 아울러 상기 실리카 계면 활성제가 제거되어 상기 복수의 포어를 형성한 실리콘 복합체의 제조 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 실리콘 복합체를 측단면으로 볼때, 상기 복수의 포어는 상기 실리콘 코어의 중심으로부터 방사 구조로 배열된 실리콘 복합체의 제조 방법.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 실리콘 복합체를 측단면으로 볼 때, 상기 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층을 포함하고,
    상기 제 1 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 복수의 제 1 포어를 형성하며,
    상기 제 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층은 복수의 제 2 포어를 형성하고,
    상기 제 1, 2 실리콘 옥시 카바이드 코팅층의 사이에는 상기 복수의 제 1, 2 포어와 연결된 제 3 포어가 형성된 실리콘 복합체의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 복수의 제 1, 2 포어는 복수의 제 1, 2 이동홀로 이루어지고, 상기 제 3 포어는 제 3 이동홀로 이루어지는 실리콘 복합체의 제조 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 실리콘 복합체를 포함하는 음극 활물질.
  20. 제 19 항의 음극 활물질을 포함하는 리튬이차전지.
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JP4936208B2 (ja) * 2005-06-20 2012-05-23 株式会社豊田中央研究所 コアシェル型球状シリカ系メソ多孔体及びコアシェル型球状シリカ系メソ多孔体の製造方法
US9080056B2 (en) * 2008-11-26 2015-07-14 University College Cork—National University of Ireland, Cork Process for preparing silica microparticles
KR20120137111A (ko) * 2011-06-10 2012-12-20 한국표준과학연구원 메조기공을 갖는 코어-쉘 실리카 입자 제조방법
KR101580039B1 (ko) * 2013-03-13 2015-12-23 주식회사 엘지화학 다공성 탄소-실리콘 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 탄소-실리콘 복합체
KR101631137B1 (ko) * 2014-10-17 2016-06-17 주식회사 케이씨씨 실리콘-실리콘 옥시카바이드 복합체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 음극 활물질 및 리튬이차전지

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