KR20210108070A - Devices and methods for carbon compounding silicon oxide particle and anode material of silicon oxide particle-carbon composite - Google Patents
Devices and methods for carbon compounding silicon oxide particle and anode material of silicon oxide particle-carbon composite Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210108070A KR20210108070A KR1020200022830A KR20200022830A KR20210108070A KR 20210108070 A KR20210108070 A KR 20210108070A KR 1020200022830 A KR1020200022830 A KR 1020200022830A KR 20200022830 A KR20200022830 A KR 20200022830A KR 20210108070 A KR20210108070 A KR 20210108070A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silicon oxide
- oxide particle
- pitch
- composite
- particle carbon
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
- B01J2/20—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by expressing the material, e.g. through sieves and fragmenting the extruded length
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
본 발명은 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법 및 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 본 발명은 산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재를 제조하기 위해 이축압출기를 이용하여 산화실리콘 입자와 탄소를 복합화하는 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for complexing silicon oxide particles with carbon, and more particularly, the present invention is to complex silicon oxide particles and carbon using a twin-screw extruder to prepare a silicon oxide particle carbon composite negative electrode material.
모바일(IT) 기기와 같은 소형 전자기기부터 전기자동차(EVs), 에너지저장장치(ESS)와 같이 중대형 장치에 이르기까지 전력저장장치의 수요가 급증하고 있다. 특히, 리튬이차전지에 대한 기술개발과 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래보다 더 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이차전지가 요구되고 있다. 에너지 밀도를 높이기 위하여 양극재 및 음극재의 고용량화, 전극판의 고밀도화, 분리막의 박막화 및 충방전 전압을 높이는 등의 연구개발이 진행되고 있으며, 최근에는 양극재 및 음극재의 용량을 높이는 방향으로 연구개발이 집중되고 있다.Demand for power storage devices is rapidly increasing, from small electronic devices such as mobile (IT) devices to medium and large devices such as electric vehicles (EVs) and energy storage devices (ESS). In particular, technology development and demand for lithium secondary batteries are rapidly increasing, and lithium secondary batteries having a higher energy density than conventional ones are required. In order to increase the energy density, R&D is being carried out to increase the capacity of the cathode and anode materials, to increase the density of the electrode plate, to reduce the thickness of the separator, and to increase the charge/discharge voltage. is being focused
리튬이차전지의 음극재는 충전 시 전자와 리튬이온을 받아들이고, 방전 시 전자와 리튬이온을 양극으로 내보낸다. 음극재로 사용되기 위해서는 안정성, 전기 전도성, 낮은 화학적 반응성, 가격 및 저장용량이 우수해야 한다. 음극재로 사용하는 소재로 천연 흑연, 인조 흑연, 금속계, 탄소계, 실리콘계가 사용되고 있으며, 고용량화에 가장 유리한 실리콘계 소재에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 실리콘계 소재는 흑연계 음극재가 가지고 있는 이론용량인 372 mAh/g보다 수배 이상 높은 4,200 mAh/g의 이론용량을 가져 기존의 음극재를 대체할 차세대 소재로 주목 받고 있다. 그러나, 실리콘계 소재는 충전 시에 리튬 이온이 삽입됨에 따라 결정 구조가 변하게 되고, 리튬이 삽입되기 전에 비해 약 4배 정도의 부피팽창을 수반한다. 따라서, 실리콘계 소재는 충방전을 반복함에 따라 부피변화를 견디지 못해 결정 내부에 균열이 생기고 입자가 파괴되며, 인접한 입자들끼리의 전기적 연결이 저하되어 수명특성이 열화되는 결과가 나타난다.The negative electrode material of a lithium secondary battery accepts electrons and lithium ions during charging, and emits electrons and lithium ions to the positive electrode during discharging. In order to be used as an anode material, it must have excellent stability, electrical conductivity, low chemical reactivity, price and storage capacity. Natural graphite, artificial graphite, metal-based, carbon-based, and silicon-based materials are used as anode materials, and development of silicon-based materials most advantageous for high capacity is being actively developed. Silicon-based material has a theoretical capacity of 4,200 mAh/g, which is several times higher than the theoretical capacity of 372 mAh/g of graphite-based anode material, so it is attracting attention as a next-generation material to replace the existing anode material. However, the silicon-based material changes its crystal structure as lithium ions are inserted during charging, and it accompanies a volume expansion of about 4 times compared to before lithium is inserted. Therefore, the silicon-based material cannot withstand the volume change as the charging and discharging are repeated, resulting in cracks in the crystal and the destruction of the particles, and the electrical connection between adjacent particles is deteriorated, resulting in deterioration of lifespan characteristics.
이러한 단점을 개선하기 위해 산화실리콘(SiOx)을 사용하여 수명특성을 개선하고 부피팽창을 완화시키려는 연구가 진행되었지만, 실리콘산화물은 리튬이 삽입되면서 비가역 생성물을 형성하기 때문에 리튬을 고갈시켜 초기가역효율(I.C.E.)이 낮아지는 문제점이 있다.In order to improve these drawbacks, studies have been conducted to improve the lifespan characteristics and alleviate the volume expansion using silicon oxide (SiOx), but silicon oxide forms an irreversible product as lithium is inserted, so it depletes lithium to reduce the initial reversible efficiency ( ICE) is low.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법 및 장치를 제공하여 산화실리콘 입자와 탄소를 복합화 및 조대화하고, 리튬이차전지의 초기가역효율과 수명특성을 개선할 수 있는 산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재를 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for complexing silicon oxide particles with carbon, complexing and coarsening silicon oxide particles with carbon, and the initial reversible efficiency of a lithium secondary battery and It is to provide a silicon oxide particle carbon composite anode material capable of improving lifespan characteristics.
또한, 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치 및 방법을 제공하여 산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재를 단일 공정으로 균일하게 제조할 수 있다.In addition, by providing a silicon oxide particle carbon composite device and method, it is possible to uniformly manufacture a silicon oxide particle carbon composite negative electrode material in a single process.
본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치는 산화실리콘 입자와 피치가 공급되는 호퍼; 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 혼합하여 복합체를 제조하는 이축스크류; 및 상기 복합체를 압출 및 배출하는 토출구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Silicon oxide particle carbon composite device according to the present invention is a hopper to which the silicon oxide particles and the pitch is supplied; a twin screw for preparing a composite by mixing the silicon oxide particles and the pitch; and a discharge port for extruding and discharging the composite.
또한, 상기 호퍼는, 흑연이 더 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, the hopper is characterized in that graphite is further supplied.
또한, 상기 이축스크류는, 하나 이상의 배합블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the twin screw is characterized in that it includes one or more mixing blocks.
또한, 상기 배합블록은, 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 상기 토출구로 이송시키는 이송블록; 및 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 혼합하여 상기 복합체를 제조하는 니딩블록;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the mixing block, a transport block for transporting the silicon oxide particles and the pitch to the discharge port; and a kneading block for preparing the composite by mixing the silicon oxide particles and the pitch.
또한, 상기 배합블록은, 온도제어부를 통해 온도가 제어되는 것을 특징으로 한다.In addition, the mixing block, characterized in that the temperature is controlled through the temperature control unit.
또한, 상기 토출구는, 상기 복합체의 이송속도를 조절하는 리버스를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the discharge port, characterized in that it comprises a reverse for controlling the transport speed of the composite.
본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법은 산화실리콘 입자와 피치를 호퍼에 공급하는 공급 단계; 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 이축스크류를 통해 혼합하여 상기 복합체를 제조하는 혼합 단계; 및 상기 복합체를 토출구를 통해 압출 및 배출하는 토출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Silicon oxide particle carbon complexing method according to the present invention is a supply step of supplying the silicon oxide particles and the pitch to the hopper; A mixing step of preparing the composite by mixing the silicon oxide particles and the pitch through a twin screw; and a discharging step of extruding and discharging the composite through a discharging port.
또한, 상기 공급 단계는, 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 사전에 교반시키고 상기 호퍼에 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the supply step is characterized in that the silicon oxide particles and the pitch are stirred in advance and supplied to the hopper.
또한, 상기 공급 단계는, 상기 피치의 연화점이 95℃ 내지 260℃인 것을 상기 호퍼에 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the supply step, the softening point of the pitch is characterized in that the supply to the hopper that 95 ℃ to 260 ℃.
또한, 상기 공급 단계는, 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 5:5 내지 7:3의 중량비로 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the supply step is characterized in that the silicon oxide particles and the pitch are supplied in a weight ratio of 5:5 to 7:3.
또한, 상기 공급 단계는, 상기 호퍼에 흑연을 더 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the supply step, characterized in that further supplying graphite to the hopper.
또한, 상기 공급 단계는, 상기 산화실리콘 입자, 상기 피치 및 상기 흑연을 1:4:5의 중량비로 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the supply step, the silicon oxide particles, the pitch, and the graphite is characterized in that it is supplied in a weight ratio of 1:4:5.
또한, 상기 혼합 단계는, 100℃ 내지 400℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the mixing step is characterized in that it is performed at a temperature of 100 ℃ to 400 ℃.
또한, 상기 혼합 단계는, 상기 이축스크류에 하나 이상의 배합블록이 포함되어 상기 혼합 단계를 반복 수행하고, 상기 배합블록은 온도제어부를 통해 온도가 제어되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the mixing step, one or more mixing blocks are included in the twin screw to repeat the mixing step, and the mixing block is characterized in that the temperature is controlled through a temperature control unit.
또한, 상기 배합블록은 이동블록과 니딩블록으로 구성되고, 상기 이송블록을 따라 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 상기 이축스크류의 축방향으로 이송시키고, 상기 니딩블록에서 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 혼합하여 상기 복합체를 제조하는 것을 특징으로 한다.In addition, the mixing block is composed of a moving block and a kneading block, and transports the silicon oxide particles and the pitch along the transfer block in the axial direction of the twin screw, and the silicon oxide particles and the pitch in the kneading block It is characterized in that the composite is prepared by mixing.
또한, 상기 토출 단계는, 리버스에서 상기 복합체의 이송속도를 조절하여 압출량 및 배출량을 균일하게 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the discharging step, it is characterized in that the extrusion amount and the discharge amount are uniformly controlled by adjusting the transport speed of the composite in reverse.
또한, 상기 공급 단계, 상기 혼합 단계 및 상기 토출 단계가 2회 이상 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the supply step, the mixing step, and the discharging step are repeatedly performed two or more times.
본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재는 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법에 따라 제조된 상기 복합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.Silicon oxide particle carbon composite negative electrode material according to the present invention is characterized in that it includes the composite prepared according to the silicon oxide particle carbon composite method.
또한, 상기 복합체는, 산화실리콘 입자-피치(SiOx-Pitch) 구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the composite is characterized in that the silicon oxide particle-pitch (SiOx-Pitch) structure.
또한, 상기 복합체는, 산화실리콘 입자-피치-흑연(SiOx-Pitch-Graphite) 구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the composite is characterized in that the silicon oxide particle-pitch-graphite (SiOx-Pitch-Graphite) structure.
또한, 상기 복합체를 650 내지 1200의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.In addition, the complex to 1200 It is characterized in that the heat treatment at a temperature of.
또한, 상기 복합체는, 리튬이차전지의 초기가역효율을 65% 이상 구현하는 것을 특징으로 한다.In addition, the composite is characterized in that the initial reversible efficiency of the lithium secondary battery is realized by 65% or more.
본 발명에 따르면, 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법 및 장치를 제공하여 산화실리콘 입자와 탄소를 복합화 및 조대화하고, 리튬이차전지의 초기가역효율과 수명특성을 개선하는 효과가 발생한다.According to the present invention, there is provided a method and apparatus for complexing silicon oxide particles with carbon, thereby complexing and coarsening silicon oxide particles and carbon, and improving the initial reversible efficiency and lifespan characteristics of a lithium secondary battery.
또한, 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치 및 방법을 제공하여 산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재를 단일 공정으로 균일하게 제조할 수 있는 효과가 발생한다.In addition, by providing an apparatus and method for compounding silicon oxide particles with carbon, there is an effect that a silicon oxide particle carbon composite negative electrode material can be uniformly manufactured in a single process.
도 1은 본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치(100)의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법의 순서도이다.
도 3(a)는 실시예 1의 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 3(b)는 실시예 2의 복합체 SEM 분석 사진이다.
도 4(a)는 실시예 1의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 4(b)는 실시예 2의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5(a)는 실시예 3의 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 5(b)는 실시예 4의 복합체 SEM 분석 사진이다.
도 6(a)는 실시예 3의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6(b)는 실시예 4의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7(a)는 실시예 5의 1차 압출 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 7(b)는 실시예 5의 2차 압출 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 7(c)는 실시예 5의 3차 압출 복합체 SEM 분석 사진이다.
도 8은 실시예 5의 BET 비표면적과 기공 크기를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9(a)는 실시예 5의 1차 압출 복합체 FE-SEM 분석 사진이고, 도 9(b)는 실시예 5의 3차 압출 복합체 FE-SEM 분석 사진이다.
도 10은 실시예 5의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11(a)는 실시예 6의 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 11(b)는 비교예 1의 복합체 SEM 분석 사진이다.
도 12는 실시예 6의 복합체 FE-SEM 분석 사진이다.
도 13은 실시예 6과 비교예 1의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a silicon oxide particle
Figure 2 is a flow chart of the silicon oxide particle carbon complexing method according to the present invention.
Figure 3 (a) is a composite SEM analysis picture of Example 1, Figure 3 (b) is a composite SEM analysis picture of Example 2.
Figure 4 (a) is a graph showing the experimental results of measuring the initial charge and discharge capacity and initial reversible efficiency of Example 1, Figure 4 (b) is an experiment measuring the initial charge and discharge capacity and initial reversible efficiency of Example 2 This is a graph showing the results.
Figure 5 (a) is a composite SEM analysis picture of Example 3, Figure 5 (b) is a composite SEM analysis picture of Example 4.
6(a) is a graph showing the experimental results of measuring the initial charge/discharge capacity and the initial reversible efficiency of Example 3, and FIG. 6(b) is an experiment measuring the initial charge/discharge capacity and the initial reversible efficiency of Example 4 This is a graph showing the results.
Figure 7 (a) is a primary extrusion composite SEM analysis picture of Example 5, Figure 7 (b) is a secondary extrusion composite SEM analysis picture of Example 5, Figure 7 (c) is the third of Example 5 It is a picture of the SEM analysis of the extruded composite.
8 is a graph showing the results of measuring the BET specific surface area and pore size of Example 5;
Figure 9 (a) is a primary extrusion composite FE-SEM analysis of Example 5, Figure 9 (b) is a tertiary extrusion composite FE-SEM analysis photograph of Example 5.
10 is a graph showing the experimental results of measuring the initial charge/discharge capacity and the initial reversible efficiency of Example 5;
Figure 11 (a) is a composite SEM analysis photograph of Example 6, Figure 11 (b) is a composite SEM analysis photograph of Comparative Example 1.
12 is a photograph of the composite FE-SEM analysis of Example 6.
13 is a graph showing experimental results of measuring the initial charge/discharge capacity and initial reversible efficiency of Example 6 and Comparative Example 1. FIG.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다. The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows. Here, repeated descriptions and detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted. The embodiments of the present invention are provided in order to completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for better understanding of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.
도 1은 본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치(100)의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a silicon oxide particle
본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치(100)는 호퍼(10), 이축스크류(20) 및 토출구(30)를 포함할 수 있다.The silicon oxide particle
본 발명에 따른 호퍼(10)는 산화실리콘 입자 탄소 복합화를 위해 공급되는 원료를 수용하기 위한 공간을 제공해 줄 수 있다. 산화실리콘 입자의 탄소 복합화를 위한 원료로 산화실리콘(SiOx) 입자와 피치(Pitch)가 공급될 수 있으며, 흑연(Graphite)이 더 공급될 수 있다. 산화실리콘 입자는 산화실리콘 나노입자, 산화실리콘 마이크로입자 또는 산화실리콘 나노-마이크로입자의 형태로 공급될 수 있다. 피치는 석유계 잔사유를 불활성 분위기에서 열을 가하여 제조되며, 열처리 온도, 시간, 첨가제 또는 촉매의 유무에 따라 피치의 연화점, 수율, 분자량 분포 등의 물성이 달라진다. 본 발명에서는 연화점이 95℃ 내지 260℃인 피치를 호퍼(10)에 공급해준다. 호퍼(10)는 산화실리콘 입자 탄소 복합화 원료를 균일한 양과 일정한 속도로 후술되는 이축스크류(20)로 공급해 줄 수 있다.The
본 발명에 따른 이축스크류(20)는 산화실리콘 입자와 피치를 혼합하여 복합체를 제조할 수 있다. 이축스크류(20)의 일측 상부에는 호퍼(10)가 형성되어 있고, 타측에는 복합체가 압출 및 배출되는 토출구(30)가 형성될 수 있다. 이축스크류(20)는 동방향 또는 역방향의 이축스크류(20)를 사용하여 복합체를 제조할 수 있으나, 바람직하게는 동방향 이축스크류를 사용하여 균일한 복합체를 연속적으로 제조할 수 있다.The
이축스크류(20)는 하나 이상의 배합블록(21)을 포함할 수 있다. 배합블록(21)은 이송블록(22)과 니딩블록(23)을 포함할 수 있다. 이송블록(22)은 산화실리콘 입자와 피치를 토출구(30)로 이송시킬 수 있고, 니딩블록(23)은 이송블록(22)을 통과한 산화실리콘 입자와 피치를 혼합하여 복합체를 제조할 수 있다. 산화실리콘 입자와 피치가 이송블록(22)과 니딩블록(23)을 통과할 때, 피치에서 유기물이 과량 기화되어 복합체의 성형상태 유지가 어렵기 때문에 이송블록(22)과 니딩블록(23)을 연속으로 복수 개를 배치하여 과도한 토크 발생을 억제할 수 있다. 이 때, 과량 기화된 유기물은 이축스크류(20)를 감싸는 하우징(40)의 벤트구(미도시)를 통해 방출될 수 있다.The
도 1에 도시된 바와 같이 배합블록(21)은 이송블록(22)과 니딩블록(23)이 번갈아가며 이축스크류(20) 상에 A~E 영역으로 배치될 수 있으나, 반드시 이러한 배치 순서에 한정되는 것은 아니다. 배합블록(21)의 개수는 제한되지 않으나, 최소 2개 이상을 포함하여 배치하는 것이 이송블록(22)과 니딩블록(23)을 번갈아가며 배치할 수 있어 바람직하다.As shown in FIG. 1, the mixing
한편, 이축스크류(20) 상에 배치된 배합블록(21)의 A~E 영역은 온도제어부(미도시)를 통해 각각의 온도가 제어될 수 있어, 공정 조건에 따라서 배합블록(21)의 A-E 영역의 온도를 각각 다르게 설정할 수 있다.On the other hand, in the regions A to E of the mixing
또한, 이축스크류(20)의 스크류 교차비율인 Do/Di 값은 특별히 한정하는 것은 아니지만 28 내지 40이 바람직하다. 여기서, Do는 스크류의 외경(Out Diameter) 값이고, Di는 스크류의 내경(In Diameter) 값이다. Do/Di 값이 28 미만인 경우 산화실리콘 입자와 피치의 혼합이 충분히 수행되지 않아 압출 효율이 감소할 수 있고, Do/Di 값이 40을 초과하는 경우 토출구(30)에 가해지는 부하가 과다해져 토출구(30)가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.In addition, the screw intersection ratio of the twin-
본 발명에 따른 토출구(30)는 이축스크류(20)에서 제조된 복합체를 압출 및 배출할 수 있다.The
토출구(30)의 전단에는 리버스(31)가 포함될 수 있다. 리버스(31)는 배합블록(21)에서 제조된 복합체의 이송속도를 조절하여 토출구(30)의 부하를 방지할 수 있다. 리버스(31)를 통과한 복합체는 토출구(30)의 단면모양으로 압출 및 배출될 수 있다.A reverse 31 may be included at the front end of the
도 2는 본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법의 순서도이다.Figure 2 is a flow chart of the silicon oxide particle carbon complexing method according to the present invention.
본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법은 공급 단계(S10), 혼합 단계(S20) 및 토출 단계(S30)를 포함할 수 있다. 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법은 본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다.The silicon oxide particle carbon complexing method according to the present invention may include a supplying step (S10), a mixing step (S20) and a discharging step (S30). The silicon oxide particle carbon complexing method may be performed by the silicon oxide particle
본 발명에 따른 공급 단계(S10)는 산화실리콘 입자와 피치를 호퍼(10)에 공급해 줄 수 있다. 이 때, 산화실리콘 입자와 피치를 사전에 교반시키고, 균일한 양으로 호퍼(10)에 공급해주어 제조되는 복합체의 품질을 향상할 수 있다.The supply step (S10) according to the present invention may supply the silicon oxide particles and the pitch to the hopper (10). At this time, it is possible to improve the quality of the composite manufactured by stirring the silicon oxide particles and the pitch in advance, and supplying it to the
이 때, 피치는 연화점이 95℃ 내지 260℃인 것을 공급해준다. 피치의 연화점이 95℃ 미만인 경우, 낮은 탄소 함량으로 인한 리튬이차전지의 용량 유지율이 감소하는 문제가 발생한다. 피치의 연화점이 260℃를 초과하는 경우, 산화실리콘 입자와 피치가 균일하게 혼합하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.At this time, the pitch provides that the softening point is 95 ℃ to 260 ℃. If the softening point of the pitch is less than 95 ℃, there occurs a problem that the capacity retention rate of the lithium secondary battery is reduced due to the low carbon content. If the softening point of the pitch exceeds 260 ℃, there may be a problem that it is difficult to uniformly mix the silicon oxide particles and the pitch.
산화실리콘 입자와 피치는 5:5 내지 7:3의 중량비로 공급해준다. 산화실리콘 입자와 피치의 중량비가 5:5 내지 7:3의 중량비를 만족하지 않을 경우, 리튬이차전지의 용량이 충분히 향상되지 않는다.Silicon oxide particles and pitch are supplied in a weight ratio of 5:5 to 7:3. When the weight ratio of the silicon oxide particles to the pitch does not satisfy the weight ratio of 5:5 to 7:3, the capacity of the lithium secondary battery is not sufficiently improved.
또한, 공급 단계(S10)에서 흑연을 더 공급해 줄 수 있다. 이 때, 산화실리콘 입자, 피치 및 흑연을 1:4:5의 중량비로 공급하여, 리튬이차전지의 용량과 용량유지율을 향상시킬 수 있다.In addition, graphite may be further supplied in the supply step ( S10 ). At this time, by supplying the silicon oxide particles, pitch and graphite in a weight ratio of 1:4:5, it is possible to improve the capacity and capacity retention rate of the lithium secondary battery.
본 발명에 따른 혼합 단계(S20)는 산화실리콘 입자와 피치를 이축스크류(20)를 통해 혼합하여 복합체를 제조할 수 있다. 이축스크류(20)는 하나 이상의 배합블록(21)이 포함되어 혼합 단계(S20)를 반복 수행하고, 배합블록(21)은 온도제어부(미도시)를 통해 제조 온도가 제어될 수 있다.In the mixing step (S20) according to the present invention, the composite can be prepared by mixing the silicon oxide particles and the pitch through the
배합블록(21)은 이송블록(22)과 니딩블록(23)으로 구성될 수 있다. 혼합 단계(S20)는 이송블록(20)을 따라 원료인 산화실리콘 입자와 피치를 이축스크류(20)에서 토출구(30) 측의 축방향으로 이송시키고, 니딩블록(23)에서 산화실리콘 입자와 피치를 혼합하여 복합체를 제조할 수 있다.The mixing
혼합 단계(S20)는 복합체 제조 원료인 산화실리콘 입자와 피치를 액체 상태에서 혼합하기 위해 100℃ 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다. 온도가 100℃ 미만에서 수행하면 복합체 제조 과정 중간에 원료가 굳어서 이축스크류(20)와 토출구(30)가 막히는 현상이 발생한다. 온도가 400℃를 초과하는 경우, 복합체가 압출되지 않고 새는 현상이 발생하거나, 유분 고갈로 복합체의 점도가 상승하는 문제가 발생할 수 있다.The mixing step (S20) may be performed at a temperature of 100° C. to 400° C. in order to mix the silicon oxide particles and pitch, which are raw materials for manufacturing the composite, in a liquid state. If the temperature is less than 100 ℃, the raw material is hardened in the middle of the composite manufacturing process, a phenomenon that the twin-
본 발명에 따른 토출 단계(S30)는 혼합 단계(S20)에서 제조된 복합체를 토출구(30)를 통해 압출 및 배출할 수 있다. 복합체는 토출구(30)에서 압출 및 배출되기 전 리버스(31)에서 복합체의 이송속도를 조절하고, 이로 인해 복합체의 압출량 및 배출량을 균일하게 제어할 수 있다.In the discharging step (S30) according to the present invention, the composite prepared in the mixing step (S20) may be extruded and discharged through the
본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법은 공급 단계(S10), 혼합 단계(S20) 및 토출 단계(S30)가 2회 이상 반복 수행되어 복합체가 균일하게 압출될 수 있다.In the silicon oxide particle carbon composite method according to the present invention, the supply step (S10), the mixing step (S20) and the discharging step (S30) are repeatedly performed two or more times so that the composite can be uniformly extruded.
본 발명에 따른 산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재는 산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법에 따라 제조된 복합체를 포함할 수 있다. 복합체는 산화실리콘 입자-피치(SiOx-Pitch) 구조를 만족하거나 산화실리콘 입자-피치-흑연(SiOx-Pitch-Graphite) 구조를 만족할 수 있다. 산화실리콘 입자-피치-흑연 구조의 복합체는 흑연 층 사이 산화실리콘 입자가 배치되어 균일한 구조를 갖는다.The silicon oxide particle carbon composite negative electrode material according to the present invention may include a composite prepared according to the silicon oxide particle carbon composite method. The composite may satisfy a silicon oxide particle-pitch (SiOx-Pitch) structure or a silicon oxide particle-pitch-graphite (SiOx-Pitch-Graphite) structure. The composite of silicon oxide particle-pitch-graphite structure has a uniform structure in which silicon oxide particles are disposed between graphite layers.
제조된 복합체는 650℃ 내지 1200℃의 온도에서 열처리를 수행하여 복합체에 잔존하는 피치의 저비점물을 제거할 수 있다. 저비점물을 제거한 피치의 경우 우수한 기공특성을 가질 수 있다. 열처리를 650℃ 미만에서 수행하는 경우, 저비점물이 충분히 제거되지 않는다. 열처리를 1200℃ 초과의 온도에서 수행하는 경우, 복합체에 크랙이 발생하여 품질이 하락하는 문제가 발생한다.The manufactured composite may be subjected to heat treatment at a temperature of 650° C. to 1200° C. to remove low-boiling-point substances of the pitch remaining in the composite. The pitch from which the low boiling point is removed may have excellent pore properties. When the heat treatment is performed at less than 650° C., the low boiling point substances are not sufficiently removed. When the heat treatment is performed at a temperature of more than 1200° C., cracks occur in the composite, resulting in a problem of quality deterioration.
제조된 복합체를 리튬이차전지의 음극에 적용하여 전기화학적 특성을 측정했을 때, 리튬이차전지의 초기가역효율을 65% 이상 구현할 수 있다.When the prepared composite is applied to the negative electrode of the lithium secondary battery to measure the electrochemical properties, the initial reversible efficiency of the lithium secondary battery can be realized by 65% or more.
<실시예 1><Example 1>
실시예 1은 산화실리콘 입자와 연화점이 260℃인 피치를 중량비 5:5의 비율로 제조한 복합체이다. 이 때, 이축스크류의 A 영역 온도는 250℃, B~E 영역 온도는 300℃, 토출구의 온도는 330℃의 조건에서 혼합하였다.Example 1 is a composite prepared by mixing silicon oxide particles and pitch having a softening point of 260° C. in a weight ratio of 5:5. At this time, the temperature of the A region of the twin-screw screw was 250 °C, the temperature of the B to E region was 300 °C, and the temperature of the outlet was 330 °C.
<실시예 2><Example 2>
실시예 2는 산화실리콘 입자와 연화점이 260℃인 피치를 중량비 7:3의 비율로 제조한 복합체이다. 이 때, 이축스크류의 A 영역 온도는 250℃, B~E 영역 온도는 300℃, 토출구의 온도는 330℃의 조건에서 혼합하였다.Example 2 is a composite prepared by mixing silicon oxide particles and pitch having a softening point of 260° C. in a weight ratio of 7:3. At this time, the temperature of the A region of the twin-screw screw was 250 °C, the temperature of the B to E region was 300 °C, and the temperature of the outlet was 330 °C.
(mm/cm2)L/L
(mm/cm 2 )
(%)Initial reversible efficiency
(%)
도 3(a)는 실시예 1의 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 3(b)는 실시예 2의 복합체 SEM 분석 사진이다.Figure 3 (a) is a composite SEM analysis picture of Example 1, Figure 3 (b) is a composite SEM analysis picture of Example 2.
도 4(a)는 실시예 1의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 4(b)는 실시예 2의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 4 (a) is a graph showing the experimental results of measuring the initial charge and discharge capacity and initial reversible efficiency of Example 1, Figure 4 (b) is an experiment measuring the initial charge and discharge capacity and initial reversible efficiency of Example 2 This is a graph showing the results.
표 1 및 도 4를 참고하면, 리튬이차전지의 초기가역효율이 65% 이상의 복합체가 제조되었다. 피치의 연화점이 260℃인 경우 산화실리콘 입자의 중량비가 더 큰 실시예 2가 실시예 1에 비해 초기충방전용량과 초기가역효율이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 4, a composite having an initial reversible efficiency of a lithium secondary battery of 65% or more was prepared. When the softening point of the pitch is 260° C., it can be seen that Example 2 having a larger weight ratio of silicon oxide particles has better initial charge/discharge capacity and initial reversible efficiency than Example 1.
<실시예 3><Example 3>
실시예 3은 산화실리콘 입자와 연화점이 120℃인 피치를 중량비 5:5의 비율로 제조한 복합체이다. 이 때, 이축스크류의 A 영역 온도는 310℃, B~E 영역 온도는 300℃, 토출구의 온도는 280℃의 조건에서 혼합하였다.Example 3 is a composite prepared by mixing silicon oxide particles and a pitch having a softening point of 120° C. in a weight ratio of 5:5. At this time, the temperature of the A region of the twin-screw screw was 310 °C, the temperature of the B to E region was 300 °C, and the temperature of the outlet was mixed under the conditions of 280 °C.
<실시예 4><Example 4>
실시예 4는 산화실리콘 입자와 연화점이 120℃인 피치를 중량비 7:3의 비율로 제조한 복합체이다. 이 때, 이축스크류의 A 영역 온도는 310℃, B~E 영역 온도는 300℃, 토출구의 온도는 280℃의 조건에서 혼합하였다.Example 4 is a composite prepared by mixing silicon oxide particles and a pitch having a softening point of 120° C. in a weight ratio of 7:3. At this time, the temperature of the A region of the twin-screw screw was 310 °C, the temperature of the B to E region was 300 °C, and the temperature of the outlet was mixed under the conditions of 280 °C.
(mm/cm2)L/L
(mm/cm 2 )
(%)Initial reversible efficiency
(%)
도 5(a)는 실시예 3의 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 5(b)는 실시예 4의 복합체 SEM 분석 사진이다.Figure 5 (a) is a composite SEM analysis photograph of Example 3, Figure 5 (b) is a composite SEM analysis photograph of Example 4.
도 6(a)는 실시예 3의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6(b)는 실시예 4의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.6(a) is a graph showing the experimental results of measuring the initial charge/discharge capacity and the initial reversible efficiency of Example 3, and FIG. 6(b) is an experiment measuring the initial charge/discharge capacity and the initial reversible efficiency of Example 4 This is a graph showing the results.
표 2 및 도 6을 참고하면, 리튬이차전지의 초기가역효율이 65% 이상의 복합체가 제조되었다. 피치의 연화점이 120℃인 경우 산화실리콘 입자의 중량비가 더 작은 실시예 3이 실시예 4에 비해 초기충전용량은 작지만 초기가역효율 우수하여 초기방전용량이 더 큰 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 6 , a composite having an initial reversible efficiency of 65% or more of a lithium secondary battery was prepared. When the softening point of the pitch is 120° C., it can be confirmed that Example 3, in which the weight ratio of silicon oxide particles is smaller, has a smaller initial charging capacity compared to Example 4, but has excellent initial reversible efficiency and thus a larger initial discharge capacity.
<실시예 5><Example 5>
실시예 5는 산화실리콘 입자와 연화점이 120℃인 피치를 중량비 4:3의 비율로 제조한 복합체이다. 산화실리콘 입자와 피치를 공급하기 전 파우더 믹서 장치에서 사전 교반시키고, 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치에 공급하였다. 이 때, 이축스크류의 A 영역 온도는 250℃, B~E 영역 온도는 300℃, 토출구의 온도는 280℃의 조건에서 혼합하였다.Example 5 is a composite prepared by mixing silicon oxide particles and a pitch having a softening point of 120° C. in a weight ratio of 4:3. Before supplying the silicon oxide particles and pitch, they were pre-stirred in a powder mixer device, and then supplied to the silicon oxide particle carbon complexing device. At this time, the temperature of the A region of the twin screw was 250 °C, the temperature of the B to E region was 300 °C, and the temperature of the outlet was 280 °C.
비표면적 (m2/g)BET
Specific surface area (m 2 /g)
(Å)pore size
(Å)
(mm/cm2)L/L
(mm/cm 2 )
(%)Initial reversible efficiency
(%)
도 7(a)는 실시예 5의 1차 압출 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 7(b)는 실시예 5의 2차 압출 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 7(c)는 실시예 5의 3차 압출 복합체 SEM 분석 사진이다.Figure 7 (a) is a primary extrusion composite SEM analysis picture of Example 5, Figure 7 (b) is a secondary extrusion composite SEM analysis picture of Example 5, Figure 7 (c) is the third of Example 5 It is an extruded composite SEM analysis picture.
도 8은 실시예 5의 BET 비표면적과 기공 크기를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the results of measuring the BET specific surface area and pore size of Example 5;
도 9(a)는 실시예 5의 1차 압출 복합체 FE-SEM 분석 사진이고, 도 9(b)는 실시예 5의 3차 압출 복합체 FE-SEM 분석 사진이다.Figure 9 (a) is a primary extrusion composite FE-SEM analysis of Example 5, Figure 9 (b) is a tertiary extrusion composite FE-SEM analysis photograph of Example 5.
도 10은 실시예 5의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the experimental results of measuring the initial charge/discharge capacity and the initial reversible efficiency of Example 5.
도 7 및 도 9를 참고하면, 실시예 5의 1차 압출과 2차 압출 복합체에서 실리콘이 국부적으로 뭉쳐있는 현상을 확인할 수 있다. 이는 압출 시 축 방향 또는 길이 방향으로 균일 혼합이 미미하여 실리콘이 뭉쳐져 있는 것으로, 최소 3차 압출을 통하면 복합체에서 실리콘이 뭉치는 현상을 제거하고 균일한 분포의 복합체를 제조할 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 9 , it can be seen that the silicon is locally agglomerated in the first and second extrusion composites of Example 5. This means that silicon is agglomerated due to insignificant uniform mixing in the axial or longitudinal direction during extrusion. At least 3rd extrusion eliminates the aggregation of silicon in the composite and produces a composite with a uniform distribution.
도 10 및 표 3을 참고하면, 3차 압출을 한 복합체의 경우 균일한 분포의 복합체가 제조되어, 1차 압출과 2차 압출의 복합체 보다 균일성과 전기화학적 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 and Table 3, in the case of the composite subjected to the tertiary extrusion, a composite having a uniform distribution was prepared, and it can be confirmed that the uniformity and electrochemical properties were improved compared to the composite of the first extrusion and the second extrusion.
<실시예 6><Example 6>
실시예 6은 산화실리콘 입자와 연화점이 120℃인 피치 및 흑연을 중량비 1:4:5의 비율로 제조한 복합체이다. 이 때, 이축스크류의 A 영역 온도는 140℃, B~E 영역 온도는 260℃, 토출구의 온도는 210℃의 조건에서 혼합하였다.Example 6 is a composite prepared by mixing silicon oxide particles, pitch and graphite having a softening point of 120° C. in a weight ratio of 1:4:5. At this time, the temperature of the A region of the twin screw was 140 ℃, the temperature of the B to E region was 260 ℃, and the temperature of the outlet was mixed under the conditions of 210 ℃.
<비교예 1><Comparative Example 1>
비교예 1은 연화점이 120℃인 피치와 흑연을 중량비 5:5의 비율로 제조한 복합체이다. 이 때, 이축스크류의 A 영역 온도는 130℃, B~E 영역 온도는 250℃, 토출구의 온도는 200℃의 조건에서 혼합하였다.Comparative Example 1 is a composite prepared by mixing pitch and graphite having a softening point of 120° C. in a weight ratio of 5:5. At this time, the temperature of the A region of the twin-screw screw was 130 °C, the temperature of the B to E region was 250 °C, and the temperature of the outlet was 200 °C.
비표면적 (m2/g)BET
Specific surface area (m 2 /g)
크기
(Å)pore
size
(Å)
(mm/cm2)L/L
(mm/cm 2 )
(%)Initial reversible efficiency
(%)
유지율
(100 cycle, %)Volume
retention rate
(100 cycles, %)
도 11(a)는 실시예 6의 복합체 SEM 분석 사진이고, 도 11(b)는 비교예 1의 복합체 SEM 분석 사진이다.Figure 11 (a) is a composite SEM analysis photograph of Example 6, Figure 11 (b) is a composite SEM analysis photograph of Comparative Example 1.
도 12는 실시예 6의 복합체 FE-SEM 분석 사진이다.12 is a photograph of the composite FE-SEM analysis of Example 6.
도 13은 실시예 6과 비교예 1의 초기충방전용량, 초기가역효율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing experimental results of measuring the initial charge/discharge capacity and initial reversible efficiency of Example 6 and Comparative Example 1. FIG.
도 12를 참고하면 실시예 6에서 산화실리콘 입자가 흑연 층 사이에 배치된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12 , it can be seen that the silicon oxide particles are disposed between the graphite layers in Example 6.
도 13 및 표 4를 참고하면, 비교예 1에 비해 실시예 6의 초기충전용량이 105mAh/g 향상된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 피치와 흑연만 혼합한 비교예 1보다 산화실리콘 입자와 피치 및 흑연을 모두 혼합한 실시예 6의 경우 리튬이차전지의 용량이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13 and Table 4, it can be seen that the initial charge capacity of Example 6 is improved by 105 mAh/g compared to Comparative Example 1. Through this, it can be confirmed that the capacity of the lithium secondary battery is improved in Example 6 in which both silicon oxide particles, pitch, and graphite are mixed than in Comparative Example 1 in which only pitch and graphite are mixed.
상기 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.
100: 산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치
10: 호퍼
20: 이축스크류
21: 배합블록
22: 이송블록
23: 니딩블록
30: 토출구
31: 리버스
40: 하우징100: silicon oxide particle carbon complexing device
10: Hopper
20: twin screw
21: mixing block
22: transfer block
23: kneading block
30: outlet
31: reverse
40: housing
Claims (22)
상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 혼합하여 복합체를 제조하는 이축스크류; 및
상기 복합체를 압출 및 배출하는 토출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치.
a hopper to which silicon oxide particles and pitch are supplied;
a twin screw for preparing a composite by mixing the silicon oxide particles and the pitch; and
A discharge port for extruding and discharging the composite; characterized in that it comprises,
Silicon oxide particle carbon complexing device.
상기 호퍼는,
흑연이 더 공급되는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치.
The method of claim 1,
The hopper is
Characterized in that graphite is further supplied,
Silicon oxide particle carbon complexing device.
상기 이축스크류는,
하나 이상의 배합블록을 포함하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치.
The method of claim 1,
The twin screw is
Characterized in comprising one or more mixing blocks,
Silicon oxide particle carbon complexing device.
상기 배합블록은,
상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 상기 토출구로 이송시키는 이송블록; 및
상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 혼합하여 상기 복합체를 제조하는 니딩블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치.
4. The method of claim 3,
The mixing block is
a transfer block for transferring the silicon oxide particles and the pitch to the outlet; and
A kneading block for producing the composite by mixing the silicon oxide particles and the pitch; characterized in that it comprises,
Silicon oxide particle carbon complexing device.
상기 배합블록은,
온도제어부를 통해 온도가 제어되는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치.
4. The method of claim 3,
The mixing block is
characterized in that the temperature is controlled through a temperature control unit,
Silicon oxide particle carbon complexing device.
상기 토출구는,
상기 복합체의 이송속도를 조절하는 리버스를 포함하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 장치.
The method of claim 1,
The outlet is
Characterized in that it comprises a reverse for controlling the transport speed of the composite,
Silicon oxide particle carbon complexing device.
상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 이축스크류를 통해 혼합하여 상기 복합체를 제조하는 혼합 단계; 및
상기 복합체를 토출구를 통해 압출 및 배출하는 토출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
A supply step of supplying silicon oxide particles and pitch to the hopper;
A mixing step of preparing the composite by mixing the silicon oxide particles and the pitch through a twin screw; and
A discharging step of extruding and discharging the composite through a discharging port; characterized in that it comprises,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 공급 단계는,
상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 사전에 교반시키고 상기 호퍼에 공급하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
The supply step is
Characterized in that the silicon oxide particles and the pitch are stirred in advance and supplied to the hopper,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 공급 단계는,
상기 피치의 연화점이 95℃ 내지 260℃인 것을 상기 호퍼에 공급하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
The supply step is
Characterized in that the softening point of the pitch is supplied to the hopper of 95 ℃ to 260 ℃,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 공급 단계는,
상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 5:5 내지 7:3의 중량비로 공급하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
The supply step is
Characterized in that the silicon oxide particles and the pitch are supplied in a weight ratio of 5:5 to 7:3,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 공급 단계는,
상기 호퍼에 흑연을 더 공급하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
The supply step is
Characterized in that further supplying graphite to the hopper,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 공급 단계는,
상기 산화실리콘 입자, 상기 피치 및 상기 흑연을 1:4:5의 중량비로 공급하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
12. The method of claim 11,
The supply step is
Characterized in that the silicon oxide particles, the pitch and the graphite are supplied in a weight ratio of 1:4:5,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 혼합 단계는,
100℃ 내지 400℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
The mixing step is
Characterized in that it is carried out at a temperature of 100 ℃ to 400 ℃,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 혼합 단계는,
상기 이축스크류에 하나 이상의 배합블록이 포함되어 상기 혼합 단계를 반복 수행하고,
상기 배합블록은 온도제어부를 통해 온도가 제어되는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
The mixing step is
One or more mixing blocks are included in the twin screw to repeat the mixing step,
The mixing block is characterized in that the temperature is controlled through a temperature control unit,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 배합블록은 이동블록과 니딩블록으로 구성되고,
상기 이송블록을 따라 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 상기 이축스크류의 축방향으로 이송시키고,
상기 니딩블록에서 상기 산화실리콘 입자와 상기 피치를 혼합하여 상기 복합체를 제조하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
15. The method of claim 14,
The mixing block is composed of a moving block and a kneading block,
Transferring the silicon oxide particles and the pitch along the transfer block in the axial direction of the twin-screw,
Characterized in that by mixing the silicon oxide particles and the pitch in the kneading block to prepare the composite,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 토출 단계는,
리버스에서 상기 복합체의 이송속도를 조절하여 압출량 및 배출량을 균일하게 제어하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
The discharging step is
Characterized in that by controlling the feed rate of the composite in reverse to uniformly control the extrusion amount and discharge amount,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
상기 공급 단계, 상기 혼합 단계 및 상기 토출 단계가 2회 이상 반복 수행되는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 방법.
8. The method of claim 7,
characterized in that the supply step, the mixing step and the discharging step are repeatedly performed two or more times,
Silicon oxide particle carbon complexing method.
산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재.
The silicon oxide particle carbon complexing method according to claim 7, characterized in that it comprises the composite prepared by the method,
Silicon oxide particle carbon composite negative electrode material.
상기 복합체는,
산화실리콘 입자-피치(SiOx-Pitch) 구조인 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재.
19. The method of claim 18,
The complex is
Silicon oxide particle-pitch (SiOx-Pitch) characterized in that the structure,
Silicon oxide particle carbon composite negative electrode material.
상기 복합체는,
산화실리콘 입자-피치-흑연(SiOx-Pitch-Graphite) 구조인 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재.
19. The method of claim 18,
The complex is
Silicon oxide particle-pitch-graphite (SiOx-Pitch-Graphite) characterized in that the structure,
Silicon oxide particle carbon composite negative electrode material.
상기 복합체를 650 내지 1200의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재.
19. The method of claim 18,
650 the complex to 1200 characterized in that heat treatment at a temperature of
Silicon oxide particle carbon composite negative electrode material.
상기 복합체는,
리튬이차전지의 초기가역효율을 65% 이상 구현하는 것을 특징으로 하는,
산화실리콘 입자 탄소 복합화 음극재.
19. The method of claim 18,
The complex is
Characterized in that the initial reversible efficiency of the lithium secondary battery is realized more than 65%,
Silicon oxide particle carbon composite negative electrode material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200022830A KR20210108070A (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Devices and methods for carbon compounding silicon oxide particle and anode material of silicon oxide particle-carbon composite |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200022830A KR20210108070A (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Devices and methods for carbon compounding silicon oxide particle and anode material of silicon oxide particle-carbon composite |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210108070A true KR20210108070A (en) | 2021-09-02 |
Family
ID=77794256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200022830A KR20210108070A (en) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | Devices and methods for carbon compounding silicon oxide particle and anode material of silicon oxide particle-carbon composite |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20210108070A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024029674A1 (en) * | 2022-08-02 | 2024-02-08 | 엘지전자 주식회사 | Twin-screw extruder |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101939976B1 (en) | 2014-04-16 | 2019-01-18 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | Negative electrode material for lithium-ion battery, and use therefor |
KR102022891B1 (en) | 2018-01-29 | 2019-09-19 | 충북대학교 산학협력단 | Manufacturing method of negative material for rechargeable battery, negative material for rechargeable battery made by the same, and rechargeable battery including the same |
-
2020
- 2020-02-25 KR KR1020200022830A patent/KR20210108070A/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101939976B1 (en) | 2014-04-16 | 2019-01-18 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | Negative electrode material for lithium-ion battery, and use therefor |
KR102022891B1 (en) | 2018-01-29 | 2019-09-19 | 충북대학교 산학협력단 | Manufacturing method of negative material for rechargeable battery, negative material for rechargeable battery made by the same, and rechargeable battery including the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024029674A1 (en) * | 2022-08-02 | 2024-02-08 | 엘지전자 주식회사 | Twin-screw extruder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6983942B2 (en) | Electrode material with mixed particle size | |
Wang et al. | Vertically aligned MoS2 nanosheets patterned on electrochemically exfoliated graphene for high‐performance lithium and sodium storage | |
Wang et al. | CuO quantum dots embedded in carbon nanofibers as binder‐free anode for sodium ion batteries with enhanced properties | |
US20170338478A1 (en) | Negative electrode active material for secondary battery, conductive composition for secondary battery, negative electrode material comprising same, negative electrode structure and secondary battery comprising same, and method for manufacturing same | |
Kuroda et al. | Charge–discharge properties of a cathode prepared with ketjen black as the electro-conductive additive in lithium ion batteries | |
TWI708421B (en) | A CATHODE FOR A Li/S BATTERY | |
KR100994181B1 (en) | Enhancement of electro-conductivity of conducting material in lithium ion battery | |
JP6979356B2 (en) | Active electrode material for Li-S batteries | |
JP7182624B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing electrodes of energy storage devices | |
EP3108522A1 (en) | Method for preparing an electrode composition or a composition having magnetic properties, mixture and composition obtained by said method, and said electrode | |
US11471845B2 (en) | Particle aggregate manufacturing method, electrode plate manufacturing method, and particle aggregate | |
CN1816927A (en) | Carbon material for electrode and method for producing same, battery electrode and method for producing same, and battery and method for producing same | |
JP2018503945A5 (en) | ||
WO2003078528A1 (en) | Conductive resin molding | |
KR20180135344A (en) | The control of carbon materials structure on bipolar plate for fuel cell and its manufacturing method | |
KR20210108070A (en) | Devices and methods for carbon compounding silicon oxide particle and anode material of silicon oxide particle-carbon composite | |
JP4297533B2 (en) | Method for producing lithium ion battery material | |
JP2006048942A (en) | Manufacturing method of electrode for battery | |
JP3371573B2 (en) | Manufacturing method of lithium secondary battery | |
KR101959998B1 (en) | High-content polymer-carbon masterbatch manufacturing method and bipolar plate for fuel cell using the same | |
KR102610214B1 (en) | Kneading and calcining reactor for manufacturing negative electrode material for secondary batteries | |
KR101494085B1 (en) | Graphene composite with dispersed nanoparticle, method for preparing the same and secondary bettery comprising the same | |
KR20200063891A (en) | Bipolar electrode for redox flow battery, redox flow battery stack comprising the same |