KR20220002639A - 음극 재료 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지 - Google Patents

음극 재료 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지 Download PDF

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지취앙 덩
춘레이 팡
지앙구오 렌
쑤에췬 허
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비티알 뉴 머티리얼 그룹 코., 엘티디.
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Abstract

본 출원은 음극 재료 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지를 제공한다. 상기 음극 재료는 SiOx 및 Li2Si2O5을 포함하고, 상기 SiOx는 Li2Si2O5에 분포되되, 0≤x≤1.2이다. 상기 제조 방법은, 실리콘 산화물SiOy, 환원성 리튬 함유 화합물 및 첨가제를 혼합시키고, 열처리를 진행하여 상기 음극 재료를 획득하되, 상기 첨가제는 핵변환제 또는 흡열제를 포함하고, 0＜y＜2인 단계를 포함한다. 본 출원에서 제공하는 제조 방법은 핵변환제 또는 흡열제를 사용하여, 제조되어 획득된 제품 중의 규산 리튬은 단지 Li2Si2O5일 뿐, 기타의 규산 리튬 결정상이 없고, Li2Si2O5이 물에 용해되지 않으므로, 예컨대 슬러리에서 가스가 생성되고, 점도가 낮고, 코팅시 테일링이 발생하고, 극편 건조 후 핀홀, 기공이 발생하는 등과 같은 사전 리튬 재료의 가공 안정성 문제점이 해결된다.

Description

음극 재료 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지
본 출원은 2019년 10월 30일 중국 특허청에 제출한 발명의 명칭이 "음극 재료 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지"인 제2019110465972호 중국 특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 해당 출원의 모든 내용은 참조로 본 출원에 원용된다.
본 출원은 전지 재료 기술 분야에 해당되는 것으로, 음극 재료 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는 작업 전압이 높고, 사이클 사용 수명이 길고, 메모리 효과 없고, 자가 방전이 작고, 친환경적인 등의 장점을 구비하므로, 휴대용 전자 제품 및 전기 자동차에 광범위하게 응용되고 있다. 현재, 상업용 리튬 이온 전지는 주로 흑연 유형의 음극 재료를 이용하나, 이의 이론적인 비용량이 단지 372mAh/g이므로, 높은 에너지 밀도에 대한 미래의 리튬 이온 전지의 요구를 만족시키지 못한다. 기존의 Si는 비록 이론적인 용량이 4200mAh/g에 달하지만, 그의 팽창이 300%에 달하여, 사이클 성능에 영향을 미치게 되어, 마케팅 및 응용에 제한을 받게된다. 이에 대응되는 산화 규소 재료는 사이클 성능이 더욱 양호하나, 최초 효율이 낮다. 최초 충전을 진행할 경우, 20 내지 50%의 리튬을 소모하여 SEI 막을 형성할 필요가 있으며, 이는 최초 쿨롱 효율을 대폭으로 감소시킨다. 양극 재료의 최초 효율이 점점 커짐에 따라, 산화 규소 재료의 최초 효율을 향상시키는 것은 특히 중요하다.
현재, 산화 규소 재료의 최초 효율을 향상시키는 효과적인 방식은 사전에 이에 대해 리튬을 도핑하여, 산화 규소 재료 중의 불가역적인 리튬 소모 위상을 사전에 반응시켜 버리는 것이다. 현재 산업화된 방법은 극편 표면에 직접적으로 리튬층을 코팅하는 것이며, 이로써 정극 리튬의 소모를 삼소시키는 효과를 실현한다. 그러나, 해당 방법은 조작 환경에 대한 요구가 높으며, 상대적으로 큰 안전 위험이 존재하므로, 산업화 추진을 실현하기 어려워진다. 현재 기술 발전의 상태에서, 재료단에 사전 리튬을 진행하여 최초 효율을 향상시키는 것에는 보편적으로 가공 성능이 저하되는 문제점이 존재하며, 주요한 표면으로, 수계 슬러리 가스 생성이 엄중하고, 점도가 낮고, 코팅시 테일링이 발생하고, 극편 건조 후 핀홀, 기공이 발생하는 등이다. 이러한 문제점이 발생하게 되는 주요한 원인은, 사전 리튬 이후의 재료에 대량의 Li2SiO3, Li4SiO4 위상이 존재하며, 심지어는 Li2O, LixSi가 존재하며, 이러한 성분은 모두 물에 용해되기 쉬우며, 강 알칼리성을 나타냄으로 인해 가공 성능이 저하된다.
따라서, 가공 성능 저하는 여전히 사전 리튬 재료에 보편적으로 존재하는 문제점이며, 이 또한 기술적 난제이다.
리튬 이온 전지, 나노 실리콘 재료 및 제조 방법에 있어서, 지정된 질량비에 따라 이산화 규소, 마그네슘 금속, 도핑제를 균일하게 혼합시켜 혼합물을 획득하는 단계와, 상기 혼합물을 고온 반응로에 배치하고, 불활성 기체를 유입시킨 후, 지정된 온도 상승 속율에서 지정된 온도로 하강시키고, 고온 반응일 일정한 시간 동안 진행한 후, 실온까지 온도를 자연 하강시켜 반응 산물을 획득하는 단계와, 상기 반응 산물을 취하여 초보적인 물 세척, 산 세척을 진행하고, 다시 물 세척, 건조를 진행하여 거친 입자 규소를 획득하는 단계와, 지정된 질량비에 따라 상기 거친 입자 규소와 분산제를 균일하게 혼합시킨 후 지정된 연삭 공정에 따라 지정된 시간 동안 연삭을 진행하고, 건조, 체질을 진행하여 나노 실리콘을 획득를 포함한다. 해당 방법은 비록 배율 성능 및 사이클 성능이 괜찮으나, 최초 효율 및 가공 성능에도 향상시킬 필요가 있다.
리튬 이온 전지 규소 음극 재료 성능을 향상시키는 다른 일 방법에 있어서, (1) 실리카 복합 재료의 음극 제조: 1) 일정한 량의 SiO 분말을 취하고, 이를 질량이 SiO 질량의 10배인 탈이온수에 투하시키고, 이어서 일정한 량의 흑연과 포도당을 다시 추가하는 단계와, 2) 혼합된 용액을 고에너지 볼 밀링기에 투입시켜 볼 밀링을 진행하는 단계와, 3) 볼 밀링된 전구체 재료를 관로에 투입시키는 단계와, 4) 제조된 SiO/C 복합 재료를 취하여, 일정한 비율에 따라 이를 전도제 아세틸렌 블랙, 바인더 PVDF와 혼합시키는 단계와, (2) 전극 상의 사전 리튬화 처리를 포함한다. 해당 방법의 최초 효율 및 가공 성능은 시장의 수요를 만족시키지 못한다.
또 다른 일 규소 기반 음극편 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지에 있어서, 본 출원에서 제공하는 규소 기반 음극편의 음극 코팅층은 집전체 상에 위치하는 제1 코팅층 및 제1 코팅층 상에 위치하는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층 중의 활성 물질은 규소 기반 음극 재료를 포함하고, 상기 제2 코팅층 중의 활성 물질은 규소 기반 음극 재료를 포함하지 않고, 상기 제2 코팅층 표면에는 리튬이 포함된다. 상기 제조 방법은, 1) 규소 기반 음극 재료를 포함하는 제1 슬러지를 집전체 상에 코팅하여 제1 코팅층을 형성하는 단계와, 2) 규소 기반 음극 재료를 포함하지 않는 제2 슬러지를 제1 코팅층 상에 코팅하여 제2 코팅층을 형성하는 단계와, 3) 제2 코팅층을 포함하는 극편에 대해 사전 리튬 도핑을 진행하여 상기 규소 기반 음극편을 획득하는 단계를 포함한다. 해당 방법은 흐름이 길고, 공정이 번잡하여, 산업상에서 응용을 진행하기가 어렵다.
이를 바탕으로, 본 출원의 목적으로서, 사전 리튬 이후의 가공 성능이 우수한 음극 재료 및 이의 제조 방법, 및 리튬 이온 전지를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 실현하기 위하여, 본 출원은 아래와 같은 기술적 방안을 채용한다.
제1 양태에 있어서, 본 출원은 음극 재료를 제공하고, 상기 음극 재료는 SiOx 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiOx는 Li2Si2O5에 분포되되, 0≤x≤1.2이다.
본 출원에서 제공하는 음극 재료 중의 리튬 함유 화합물은 Li2Si2O5이고, Li2Si2O5이 물에 용해되지 않으므로, 예컨대 슬러리에서 가스가 생성되고, 점도가 낮고, 코팅시 테일링이 발생하고, 극편 건조 후 핀홀, 기공이 발생하는 등과 같은 사전 리튬 재료의 가공 안정성 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다. 추가적으로 사전 리튬 이후의 재료에 대해 표면 처리를 진행할 필요가 없어, 표면 처리로 인해 리튬 전지에 초래되는 용량 감소, 최초 충방전 효율 감소 등의 문제점을 피면할 수 있다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 음극 재료는,
a.상기 음극 재료의 PH 값이 7＜PH＜10.7인 조건,
b.상기 음극 재료의 평균 입경이 5μm 내지 50μm인 조건,
c.상기 음극 재료 중의 SiOx와 Li2Si2O5의 질량비가 1: (0.74 내지 6.6)인 조건, 및
d.상기 SiOx가 균일하게 Li2Si2O5에 분포되는 조건 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 음극 재료는,
a.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되는 조건,
b.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 탄소 피복층의 두께가 10nm 내지 2000nm인 조건, 및
c.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 음극 재료 중의 탄소 원소의 질량 분율이 4% 내지 6%인 조건 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
제2 양태에 있어서, 본 출원은 음극 재료의 제조 방법을 제공하며, 해당 방법은,
실리콘 산화물SiOy, 환원성 리튬 함유 화합물 및 첨가제를 혼합시키고, 열처리를 진행하여 상기 음극 재료를 획득하되, 상기 첨가제는 핵변환제 또는 흡열제를 포함하고, 0＜y＜2인 단계를 포함한다.
본 출원에서 제공하는 제조 방법은, 핵변환제 또는 흡열제를 추가시켜, 최종의 사전 리튬 산물에 단지 Li2Si2O5만 구비되고 Li2SiO3가 구비되지 않도록 구현함으로써, 사전 리튬 재료의 가공 문제점을 근본적으로 해결하고, 사전 리튬 재료의 제조 공정을 단순화시키고, 즉, 추가적으로 사전 리튬 이후의 재료에 대해 표면 처리를 진행할 필요가 없어, 기체가 발생되는 등의 문제점이 나타나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 핵변환제 또는 흡열제를 추가하여, 생성된 고온 결정상의 Li2SiO3을 저온 결정상의 Li2Si2O5으로 직접적으로 변환시킴으로써, 표면 처리로 인해 음극 재료에 초래하는 용량 감소, 최초 충방전 효율 감소 등의 문제점을 피면할 수 있다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 음극 재료는,
a.상기 음극 재료의 PH 값이 7＜PH＜10.7인 조건,
b.상기 음극 재료의 평균 입경이 5μm 내지 50μm인 조건,
c.상기 음극 재료 중의 SiOx와 Li2Si2O5의 질량비가 1: (0.74 내지 6.6)인 조건,
d.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되는 조건,
e.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 탄소 피복층의 두께가 10nm 내지 2000nm인 조건, 및
f.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 음극 재료 중의 탄소 원소의 질량 분율이 4% 내지 6%인 조건 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은,
a.상기 실리콘 산화물과 환원성 리튬 함유 화합물의 질량비가 10: (0.08 내지 1.2)인 조건,
b.상기 실리콘 산화물이 일산화 규소인 조건,
c.상기 실리콘 산화물의 D10＞1.0μm이고 Dmax＜50μm인 조건,
d.상기 환원성 리튬 화합물이 수소화 리튬, 알킬 리튬, 금속 리튬, 수소화 리튬 알루미늄, 리튬 아미드 및 수소화 붕소 리튬 중의 적어도 하나를 포함하는 조건 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은,
a.상기 핵변환제가 인의 산화물 및 인산염 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
b.상기 인의 산화물이 오산화 인 및 삼산화 인 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
c.상기 인산염이 인산 리튬, 인산 마그네슘 및 인산 나트륨 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
d.상기 핵변환제가 오산화 인인 조건,
e.상기 흡열제의 용점이 700℃보다 낮은 조건,
f.상기 흡열제가 LiCl, NaCl, NaNO3, KNO3, KOH, BaCl, KCl 및 LiF 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
g.상기 실리콘 산화물과 상기 핵변환제의 질량비가 100: (2 내지 10)인 조건, 및
h.상기 실리콘 산화물과 상기 흡열제의 질량비가 100: (8 내지 30)인 조건 중의 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은,
a.상기 열처리가 비산화성 분위기에서 진행되는 조건,
b.상기 열처리가 비산화성 분위기에서 진행되고, 상기 비산화성 분위기가 수소, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
c.상기 열처리의 온도가 300℃ 내지 1000℃인 조건,
d.상기 열처리의 시간이 1.5h 내지 2.5h인 조건 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 실리콘 산화물SiOy, 환원성 리튬 함유 화합물과 핵변환제 또는 흡열제를 혼합시키기 전에, 상기 방법은,
실리콘 산화물의 원료에 대해 가열 가스화를 진행하여 실리콘 산화물 기체를 생성하고, 응축을 진행하고 획득한 재료의 입자 형태(예컨대, 입자 크기, 형상)를 조정하여 실리콘 산화물SiOy을 획득하되, 0＜y＜2인 단계를 더 포함한다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은,
a.상기 실리콘 산화물의 원료가 규소 및 이산화 규소를 포함하는 조건,
b.상기 규소와 상기 이산화 규소의 질량비가 1:(1.8 내지 2.2)인 조건,
c.상기 가열 가스화의 온도가 1200℃ 내지 1400℃인 조건,
d.상기 가열 가스화의 시간이 16h 내지 20h인 조건,
e.상기 응축의 온도가 930℃ 내지 970℃인 조건,
f.상기 가열 가스화가 보호성 분위기 또는 진공에서 진행되는 조건, 및
g.상기 획득한 재료의 입자 형태에 대한 조정이 파쇄, 볼 밀링 및 분급 중의 적어도 하나를 포함하는 조건 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은,
탄소 피복할 재료에 대해 탄소 피복을 진행하되, 상기 탄소 피복할 재료는 상기 실리콘 산화물 및 상기 음극 재료 중의 적어도 하나를 포함하는 단계를 더 포함한다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은,
a.상기 탄소 피복이 기체상 탄소 피복 및 고체상 탄소 피복 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
b.상기 탄소 피복이 기체상 탄소 피복 및 고체상 탄소 피복 중의 적어도 하나를 포함하되, 상기 기체상 탄소 피복의 조건은 보호성 분위기에서 상기 실리콘 산화물을 600℃ 내지 1000℃로 온도를 상승시키고, 유기 탄소원 가스를 유입시켜 0.5h 내지 10h 동안 보온을 진행한 후 냉각시키되, 상기 유기 탄소원 가스는 탄화 수소 계열을 포함하고, 상기 탄화 수소 계열은 메탄, 에틸렌, 아세틸렌 및 벤젠 중의 적어도 하나를 포함하는 것인 조건, 및
c.상기 탄소 피복이 기체상 탄소 피복 및 고체상 탄소 피복 중의 적어도 하나를 포함하되, 상기 고체상 탄소 피복의 조건은 상기 실리콘 산화물과 탄소원을 0.5h 내지 2h 동안 혼합시킨 후, 600℃ 내지 1000℃에서 획득한 탄소 혼합물을 2h 내지 6h 동안 탄화시키고 냉각시키되, 상기 탄소원은 폴리머, 당류, 유기산 및 아스팔트 중의 적어도 하나를 포함하는 것인 조건 중의 적어도 하나를 만족시킨다.
일 실행 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은,
1: (1.8 내지 2.2)의 질량비에 따라 진공에서 1200℃ 내지 1400℃로 16h 내지 20h 동안 규소와 이산화 규소를 가열 가스화시키고, 이어서 930℃ 내지 970℃에서 응축을 진행하고 획득한 재료의 입자 형태를 조정하여 일산화 규소를 획득하는 단계와,
상기 일산화 규소에 대해 탄소 피복을 진행하여 탄소 피복된 일산화 규소를 획득하는 단계와,
100: (2 내지 10)의 질량비에 따라 상기 탄소 피복된 일산화 규소와 오산화 인을 혼합시킨 후, 이어서 환원성 리튬 함유 화합물을 추가하여 혼합시키고, 비산화성 분위기에서 450℃ 내지 800℃에서 1.5h 내지 2.5h 동안 배소시켜, 음극 재료를 획득하되, 상기 탄소 피복된 일산화 규소와 상기 환원성 리튬 함유 화합물의 질량비가 10: (0.08 내지 1.2)인 단계를 포함한다.
제3 양태에 있어서, 본 출원은 리튬 이온 전지를 제공하고, 상기 리튬 이온 전지는 상술한 제1 양태에 따른 복합 음극 재료 또는 상술한 제2 양태에 따른 제조 방법으로 제조된 복합 음극 재료를 포함한다.
기존의 기술에 비해, 본 출원은 아래와 같은 유익한 효과를 구비한다.
(1) 핵변환제 또는 흡열제를 추가시켜, 최종의 사전 리튬 산물에 단지 Li2Si2O5만 구비되고 Li2SiO3가 구비되지 않도록 구현함으로써, 사전 리튬 재료의 가공 문제점을 근본적으로 해결하고, 사전 리튬 재료의 제조 공정을 단순화시키고, 즉, 추가적으로 사전 리튬 이후의 재료에 대해 표면 처리를 진행할 필요가 없어, 기체가 발생되는 등의 문제점이 나타나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 핵변환제 또는 흡열제를 추가하여, 생성된 고온 결정상의 Li2SiO3을 저온 결정상의 Li2Si2O5으로 직접적으로 변환시킴으로써, 표면 처리로 인해 음극 재료에 초래하는 용량 감소, 최초 충방전 효율 감소 등의 문제점을 피면할 수 있다.
(2) 본 출원에서 제공하는 음극 재료는 가공 성능이 안정적이고, 최초 효율이 높으며 사이클 수명이 긴 장점을 구비한다.
도 1은 본 출원에서 제공하는 음극 재료의 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 2는 본 출원의 제2 실시예에서 제조된 음극 재료의 XRD 도표이다.
도 3a는 본 출원의 제2 실시예에서 제조된 음극 재료의 가스 생성 테스트 사진이다.
도 3b는 본 출원의 제2 실시예에서 제조된 음극 재료의 코팅 테스트 사진이다.
도 4는 제2 비교예에서 제조된 음극 재료의 XRD 도표이다.
도 5a는 제2 비교예에서 제조된 음극 재료의 가스 생성 테스트 사진이다.
도 5b는 제2 비교예에서 제조된 음극 재료의 코팅 테스트 사진이다.
본 출원을 보다 잘 설명하고 본 출원의 기술적 방안을 편리하게 이해하기 위하여, 아래에 본 출원에 대한 상세한 설명을 진행한다. 그러나, 아래의 실시예는 단지 본 출원의 간단한 예시일 뿐, 본 출원의 청구 범위를 대표하거나 한정하는 것이 아니며, 본 출원의 보호 범위는 특허 청구 범위에 의해 한정된다.
본 출원의 전형적이나 비한정적인 실시예는 아래와 같다.
다수의 실리콘계/실록산계 재료는 최초의 리튬 삽입 공정에서 일정한 량의 비가역 상변(예컨대: Li4SiO4, Li2O 등)을 생성하여, 전지의 최초 쿨롱 효율이 상대적으로 낮아지게 된다. 사전 리튬화 처리를 통해, 음극 재료에 리튬 원소가 도핑된다. 이로써, 전지 형성 과정에서, 음극 인터페이스에 형성된 SEI 막은 양극에서 디인터칼레이션된 리튬 이온을 소모하는 것이 아니라, 음극 재료로부터 리튬을 소모하게되어, 양극에서 디인터칼레이션된 리튬 이온을 최대한으로 보류하여 전체 배터리 용량을 향상시킨다. 현재, 사전 리튬 이후의 재료에는 대량의 Li2SiO3, Li4SiO4 상이 존재하며, 심지어는 Li2O, LixSi가 존재하며, 이러한 물질은 전해액 및 양극에서 이탈된 Li을 소모하게 되며, 이러한 과정은 비가역적이므로, 최초의 가역 용량의 심각한 손실을 초래하고, 이러한 성분은 물에 용해되기 용이하며, 강 알칼리성을 나타내어 가공 성능이 저하된다.
제1 양태에 있어서, 본 출원의 실시예는 음극 재료를 제공하며, 상기 음극 재료는 SiOx 및 Li2Si2O5을 포함하고, 상기 SiOx는 Li2Si2O5에 분포되되, 0≤x≤1.2이다.
본 출원에서 제공하는 음극 재료에는 단지 Li2Si2O5와 같은 한가지 규산 리튬 결정상이 포함되고, Li2Si2O5이 물에 용해되지 않으므로, 예컨대 슬러리에서 가스가 생성되고, 점도가 낮고, 코팅시 테일링이 발생하고, 극편 건조 후 핀홀, 기공이 발생하는 등과 같은 사전 리튬화 처리 이후의 음극 재료의 가공 안정성 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다. 추가적으로 사전 리튬 이후의 재료에 대해 표면 처리를 진행할 필요가 없어, 표면 처리로 인해 리튬 전지에 초래되는 용량 감소, 최초 충방전 효율 감소 등의 문제점을 피면할 수 있다. 본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 예를 들어, 수박씨(SiOx)가 수박 속살(Li2Si2O5) 내부에 분포되듯이, 상기 SiOx는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 SiOx에서, 0≤x≤1.2이고, SiOx는 예컨대 Si, SiO0 .2, SiO0 .4, SiO0 .6, SiO0 .8, SiO 또는 SiO1 .2 등일 수 있다. 바람직하게, SiOx는 SiO이다. SiOx의 조성이 상대적으로 복잡하고, 나노 실리콘이 균일하게 SiO2에 분포되어 형성되는 것으로 이해할 수 있음을 이해하여야 한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 음극 재료의 평균 입경은 5μm 내지 50μm이고, 보다 구체적으로, 5μm, 10μm, 15μm, 20μm, 25μm, 30μm, 35μm, 40μm 또는 50μm 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다. 규소 화합물 음극 재료의 평균 입경을 상술한 범위 내로 제어하여, 음극 재료의 사이클 성능의 향상에 유리하다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 음극 재료 중의 SiOx 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: (0.74 내지 6.6)이며, 보다 구체적으로, 1: 0.74, 1:1.4, 1: 1.6, 1:2.0, 1: 2.3, 1:2.9, 1: 3.5, 1: 4, 1: 5.0, 1: 6.1 또는 1: 6.6 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다. SiOx 및 Li2Si2O5의 질량비가 너무 낮을 경우, 재료 중의 Li2Si2O5의 함량이 너무 낮아, 음극 재료로 제조된 슬러지에 기체가 용이하게 발생되며, 극편이 건조된 후 핀홀, 기포가 용이하게 나타나, 음극 재료의 가공 성능을 향상시키기에 불리하게 되고, SiOx 및 Li2Si2O5의 질량비가 너무 높을 경우, 재료 중의 Li2Si2O5의 함량이 너무 높아, 리튬 이온 전송 효율이 감소되어, 재료의 큰 배율의 충방전에 불리하게 된다.
구체적인 실시예에 있어서, 상기 음극 재료에는 단지 Li2Si2O5가 포함된다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 음극 재료의 PH 값은 7＜PH＜10.7이고, 예시적으로, PH 값은 예를 들어 7.1, 8.0, 9.3, 9.8, 9.9, 10.0, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 또는 10.6 등일 수 있다. 재료를 상대적으로 낮은 알칼리도에 유지시키고, 재료 수계 가공 성능을 향상시키고, 음극 재료의 최초 효율을 향상시킬 수 있음을 이해하여야 한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복된다.
선택적으로, 상기 탄소층의 두께는 10nm 내지 2000nm이고, 보다 구체적으로, 10nm, 50nm, 100nm, 300nm, 500nm, 800nm, 1000nm, 1500nm, 1800nm 또는 2000nm일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다. 탄소층이 너무 두꺼울 경우, 리튬 이온 전송 효율이 감소되어, 재료의 큰 배율의 충방전에 불리하게 되고, 음극 재료의 종합적인 성능을 저감시키게 되며, 탄소층이 너무 얇을 경우, 음극 재료의 전도성을 증가시키기에 불리하고, 재료에 대한 볼륨 확장 억제 성능이 상대적으로 낮아, 긴 사이클 성능 스프레드를 초래하게 된다.
바람직하게, 상기 음극 재료의 표면에 탄소층이 피복될 경우, 상기 음극 재료 중의 탄소 원소의 질량 분율은 4% 내지 6%이고, 보다 구체적으로, 4%, 4.5%, 5%, 5.5% 또는 6% 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다.
제2 양태에 있어서, 본 출원은 상기 음극 재료의 제조 방법을 제공하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 해당 제조 방법은 아래와 같은 단계를 포함한다.
단계(S100)에서, 실리콘 산화물SiOy, 환원성 리튬 함유 화합물 및 첨가제를 혼합시키고, 열처리를 진행하여 상기 음극 재료를 획득하되, 상기 첨가제는 핵변환제 또는 흡열제를 포함하고, 0＜y＜2이다.
본 출원에서 제공하는 제조 방법은 핵변환제 또는 흡열제를 사용하여, 실리콘 산화물과 환원성 리튬 함유 화합물이 반응을 진행(즉, 사전 리튬화를 진행)한 후, 단지 Li2Si2O5과 같은 한가지 규산 리튬 결정상을 생성하는 것을 실현할 수 있으며, Li2Si2O5이 물에 용해되지 않으므로, 예컨대 슬러리에서 가스가 생성되고, 점도가 낮고, 코팅시 테일링이 발생하고, 극편 건조 후 핀홀, 기공이 발생하는 등과 같은 사전 리튬 재료의 가공 안정성 문제점이 해결된다.
핵변환제는 결정화 속율을 가속시키고, 결정 밀도를 증가하며 입자 크기의 미세화를 촉진시키도록 이용될 수 있음을 설명하고자 한다. 제조 과정에서, 실리콘 산화물SiOy과 환원성 리튬 함유 화합물은 Li2SiO3 및 Li2Si2O5을 생성할 수 있으며, 추가된 핵변환제는 결정화 속율을 가속시켜 생성된 고온 결정상의 Li2SiO3이 저온 결정상의 Li2Si2O5로 변환되는 것을 촉진시킴으로써, 표면 처리로 인해 용량이 감소되고 최초 충방전 효율이 감소되는 등의 문제점을 피면할 수 있다.
흡열제는 반응 온도를 감소시키도록 이용될 수 있음을 설명하고자 한다. 제조 과정에서, 실리콘 산화물SiOy과 환원성 리튬 함유 화합물은 Li2SiO3 및 Li2Si2O5을 생성할 수 있으며, 추가된 흡열제는 반응 온도를 감소시킬 수 있으며, 반응 온도가 감소됨에 따라 생성된 규산 리튬의 결정상이 저온 결정상의 Li2Si2O5으로 위상 변화되는 것을 촉진시키기에 유리하며, 즉, 생성된 고온 결정상의 Li2SiO3이 저온 결정상의 Li2Si2O5으로 변환되는 것을 촉진시킴으로써, 표면 처리로 인해 용량이 감소되고 최초 충방전 효율이 감소되는 등의 문제점을 피면할 수 있다.
아래의 내용은 본 출원의 바람직한 기술적 방안일 뿐, 본 출원에서 제공하는 기술적 방안에 대한 제한이 아니다. 아래의 바람직한 기술적 방안을 통해, 본 출원의 기술적 목적 및 유익한 효과에 보다 잘 달하고 실현할 수 있다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 실리콘 산화물SiOy에서, 0＜y＜2이며, 예를 들어, SiOy은 예컨대 SiO0 .2, SiO0 .5, SiO0 .8, SiO, SiO1 .2, SiO1 .5 또는 SiO1 .9 등이다. 바람직하게, 상기 실리콘 산화물은 SiO이고, 실리콘 산화물이 일산화 규소를 사용할 경우, 일산화 규소에 리튬을 도핑하여 최초 효율을 향상시킨 이후 가공 성능이 불안정한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.
바람직하게, 상기 실리콘 산화물 입자의 입경은 D10＞1.0μm, Dmax＜50μm이다. 예를 들어, D10은 1.0μm, 1.5μm, 2.0μm, 2.5μm, 3.0μm, 4.0μm 또는 5.0μm 등이고, Dmax는 49μm, 45μm, 30μm, 35μm 또는 20μm 등이다. 여기서, Dmax는 최대 입자 입경을 가리킨다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 환원성 리튬 함유 화합물은 수소화 리튬, 알킬 리튬, 금속 리튬, 수소화 리튬 알루미늄, 리튬 아미드 및 수소화 붕소 리튬 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 핵변환제는 인의 산화물 및 인산염 중의 적어도 하나를 포함한다. 선택적으로, 상기 인의 산화물은 오산화 인 및 삼산화 인 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 인산염은 인산 리튬, 인산 마그네슘 및 인산 나트륨 중의 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 핵변환제는 오산화 인이다. 본 출원에 있어서, 특히 바람직하게는 오산화 인을 핵변환제로서 사용하고, 오산화 인을 채용함으로써, Li2SiO3이 Li2Si2O5으로 변환되는 효과가 더욱 현명하게 되고, 핵변환제의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 한편으로 생산 비용을 저감시키고, 다른 한편으로 생산 난이도를 감소시키는 장점을 구비한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 흡열제의 용점은 700℃보다 낮으며, 상기 흡열제는 LiCl, NaCl, NaNO3, KNO3, KOH, BaCl, KCl 및 LiF 중의 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 흡열제는 KNO3이다. 본 출원에 있어서, 특히 바람직하게는 KNO3는 흡열제로 이용되며, 이는 KNO3의 사용 온도가 낮고, Li2Si2O5의 생성에 대한 촉진 효과가 더욱 현명한 장점과, KNO3의 비용이 낮고, 원료를 얻기 쉬우며, 무독무해하고 친환경적인 장점을 구비한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 실리콘 산화물과 환원성 리튬 함유 화합물의 질량비는 10:(0.08 내지 1.2)이고, 예를 들어 10:0.08, 10:0.2, 10:0.5, 10:0.8 또는 10:1.2 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다. 상술한 질량비 범위 내로 제어함으로써, Li2SiO3이 Li2Si2O5로 변환되는 변환율을 향상시키기에 유리하다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 실리콘 산화물과 핵변환제의 질량비는 100:(2 내지 10)이고, 예를 들어, 100:2, 100:2.5 또는 100:3, 100:5, 100:7, 100:10 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다. 핵변환제의 사용량이 너무 많을 경우, Li2Si2O5의 결정립이 너무 크게되어 사이클 성능에 영향을 미치게 되고, 핵변환제의 사용량이 너무 적을 경우, Li2SiO3가 잔류되어, 재료의 수계 슬러지 가공 안정성에 영향을 미치게 됨을 이해하여야 한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 실리콘 산화물과 흡열제의 질량비는 100: (8 내지 30)이고, 예를 들어, 100:8, 100:10, 100:15, 100:20, 100:25 또는 100:30 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 실리콘 산화물, 환원성 리튬 함유 화합물과 핵변환제를 혼합시키는 구체적인 단계는, 실리콘 산화물과 핵변환제를 혼합시킨 후, 다시 환원성 리튬 함유 화합물을 추가시키는 단계를 포함한다.
실리콘 산화물과 핵변환제를 혼합시킨 후, 핵변환제를 실리콘 산화물의 표면에 부착하고, 환원성 리튬 함유 화합물과 실리콘 산화물에 반응이 발생될 경우, 실리콘 산화물의 표면에 부착된 핵변환제는 제때에 반응으로 생성된 일부의 고온 결정상의 Li2SiO3를 저온 결정상의 Li2Si2O5으로 변환시키고, 즉, 반응이 진행됨에 따라, 규산 리튬의 상위 변화도 동시에 진행되고, 핵변환제는 규산 리튬의 결정상이 저온 결정상의 Li2Si2O5으로 편이되도록 촉진시켜, 규산 리튬의 결정상 구조를 변환시킬 수 있음을 이해하여야 한다.
선택적으로, 상기 열처리는 비산화성 분위기에서 진행되고, 상기 비산화성 분위기는 수소, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 또는 크세논 중의 적어도 하나를 포함한다.
일부 구체적인 실시예에 있어서, 열처리가 충분히 진행되도록, 상기 열처리는 소성로에서 진행될 수 있다.
선택적으로, 상기 열처리의 온도는 300℃ 내지 1000℃이고, 예를 들어, 300℃, 400℃, 450℃, 480℃, 500℃, 600℃, 700℃, 800℃, 900℃ 또는 1000℃등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다. 열처리 온도가 너무 높을 경우, 격렬한 반응을 일으키게 되어, 규소의 결정립이 급격하게 성장하여, 일산화 규소가 불균등해지고 성능이 저하되어, 재료의 사이클 성능에 영향을 미치게 되고, 열처리의 온도가 너무 낮을 경우, 반응이 진행되기 어려워, Li2Si2O5가 생성될 수 없음을 이해하여야 한다. 바람직하게, 상기 열처리의 온도는 450℃ 내지 800℃이다.
바람직하게, 상기 열처리의 시간은 1.5h 내지 2.5h이고, 예를 들어, 1.5h, 1.7h, 2h, 2.3h 또는 2.5h 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다. 배소가 충분히 진행되어, Li2SiO3를 Li2Si2O5로 충분히 변환시킬 수 있음을 이해하여야 한다.
나아가, 단계(S100) 이전에, 상기 방법은,
실리콘 산화물의 원료에 대해 가열 가스화를 진행하여 실리콘 산화물 기체를 생성하고, 응축을 진행하고 획득한 재료의 입자 형태를 조정하여 실리콘 산화물SiOy을 획득하되, 0＜y＜2인 단계를 더 포함한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 실리콘 산화물의 원료는 Si 및 SiO2를 포함한다. Si 및 SiO2의 구체적인 비율은 필요한 SiOy의 y값에 따라 조정을 진행할 수 있으며, 여기서 이에 대한 한정을 진행하지 않는다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 상기 규소와 이산화 규소의 질량비는 1:(1.8 내지 2.2)이고, 예를 들어, 1:1.8, 1:1.9, 1:2.0, 1:2.1 또는 1:2.2 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다.
상기 가열의 온도는 1200℃ 내지 1400℃이고, 예를 들어, 1200℃, 1250℃, 1300℃, 1350℃ 또는 1400℃등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다.
선택적으로, 상기 가열 가스화의 시간은 16h 내지 20h이고, 예를 들어, 16h, 17h, 18h, 19h 또는 20h 등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다.
선택적으로, 상기 응축의 온도는 930℃ 내지 970℃이고, 예를 들어, 930℃, 940℃, 950℃, 960℃ 또는 970℃등일 수 있으나, 나열된 수치에 제한되지 않으며, 해당 수치 범위 내에서 나열되지 않은 기타의 수치도 마찬가지로 적용된다.
선택적으로, 상기 획득한 재료의 입자 형태에 대한 조정은 파쇄, 볼 밀링 또는 분급 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 실리콘 산화물SiOy 입자의 D10＞1.0μm, Dmax＜50μm이고, 예를 들어, D10은 1.1μm, 1.5μm, 2.0μm, 2.5μm, 3.0μm, 4.0μm 또는 5.0μm 등이고, Dmax는 49μm, 45μm, 30μm, 35μm 또는 20μm 등이다. Dmax는 최대의 입자의 입경을 가리키는 것을 설명하고자 한다.
바람직하게, 상기 가열 가스화는 보호성 분위기 또는 진공에서 진행된다. 본 출원에 있어서, 상기 보호성 분위기 선행 기술에 따라 선택을 진행할 수 있으며, 예를 들어, 질소 분위기 및/또는 아르곤 분위기이다. 상기 진공의 진공도는 선행 기술에 따라 선택할 수 있으며, 예를 들어, 5Pa이다.
나아가, 상기 방법은,
탄소 피복할 재료에 대해 탄소 피복을 진행하되, 상기 탄소 피복할 재료는 상기 실리콘 산화물 및 상기 음극 재료 중의 적어도 하나를 포함하고, 상기 탄소 피복이 기체상 탄소 피복 및 고체상 탄소 피복 중의 적어도 하나를 포함하는 단계를 더 포함한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 기체상 탄소 피복을 채용할 경우, 보호성 분위기에서 상기 실리콘 산화물을 600℃ 내지 1000℃로 온도를 상승시키고, 예를 들어, 600℃, 700℃, 800℃, 900℃ 또는 1000℃등으로 상승시키며, 유기 탄소원 가스를 유입시켜 0.5h 내지 10h 동안 보온을 진행한 후 냉각을 진행하며, 예를 들어, 0.5h, 1h, 2h, 5h, 8h 또는 10h 등의 시간 동안 보온을 진행한다. 본 출원에 있어서, 상기 보호성 분위기 선행 기술에 따라 선택을 진행할 수 있으며, 예를 들어, 질소 분위기 및/또는 아르곤 분위기이다.
바람직하게, 상기 유기 탄소원 가스는 탄화 수소 계열을 포함한다. 상기 탄화 수소 계열은 메탄, 에틸렌, 아세틸렌 및 벤젠 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 선택 가능한 기술적 방안에 있어서, 고체상 탄소 피복을 채용할 경우, 상기 실리콘 산화물과 탄소원을 0.5h 이상 동안 혼합시킨 후, 600℃ 내지 1000℃에서 획득한 탄소 혼합물을 2h 내지 6h 동안 탄화시키고 냉각시킨다. 혼합 시간은 0.5h 이상이고, 예를 들어, 0.5h, 0.6h, 0.7h, 0.8h, 1h, 1.5h 또는 2h 등이고, 탄화 온도는 예컨대 600℃, 700℃, 800℃, 900℃ 또는 1000℃등일 수 있으며, 탄화 시간은 예컨대 2h, 3h, 4h, 5h 또는 6h 등일 수 있다.
실리콘 산화물에 대해 먼저 탄소 피복을 진행하고, 이어서 다시 리튬화 반응을 진행하여, 제조 공정을 효과적으로 감소시키고 비용을 저감시킬 수 있으며, 실리콘 산화물의 표면에 탄소층을 형성하며, 탄소층이 상대적으로 느슨하여 대량의 미세공 통로가 존재하게 되며, 후속적인 환원성 리튬 함유 화합물은 모두 탄소층의 미세공 통로를 통해 탄소층을 투과하여 실리콘 산화물의 표면에서 반응을 진행하여, 반응의 격렬 정도를 적당하게 억제하여, 실리콘 산화물의 표면에 균일한 Li2Si2O5층이 형성되어, 재료의 전기 화학 성능을 향상시킬 수 있음을 이해하여야 한다.
선택적으로, 상기 혼합은 혼합기에서 진행되고, 상기 혼합기의 회전 속도는 500-3000r/min이고, 예를 들어, 500r/min, 1000r/min, 1500r/min, 2000r/min, 2500r/min 또는 3000r/min 등이다. 혼합기의 나이프 간격 폭은 선행 기술에 따라 선택을 진행할 수 있으며, 예를 들어, 0.5cm이다.
일부의 실시예에 있어서, 상기 탄소원은 폴리머, 당류, 유기산 및 아스팔트 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 출원에 있어서, 상술한 탄화 처리 온도, 시간 및 혼합 등의 이러한 조작 조건을 채용하여 서로 배합시켜, 실리콘 산화물의 표면에 탄소층을 형성하며, 탄소층이 상대적으로 느슨하여 대량의 미세공 통로가 존재하게 되며, 후속적인 환원성 리튬 함유 화합물은 모두 탄소층의 미세공 통로를 통해 탄소층을 투과하여 실리콘 산화물의 표면에서 반응을 진행하기에 유리하여, 획득한 음극 재료에서, 탄소층은 여전히 최외층에 위치하고, 제품의 성능을 보다 잘 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 출원의 상기 제조 방법의 진일보의 바람직한 기술적 방안으로써, 상기 방법은,
1: (1.8 내지 2.2)의 질량비에 따라 진공에서 1200℃ 내지 1400℃로 16h 내지 20h 동안 규소와 이산화 규소를 가열 가스화시키고, 이어서 930℃내지 970℃에서 응축을 진행하고 획득한 재료의 입자 형태를 조정하여 일산화 규소를 획득하는 단계와,
상기 일산화 규소에 대해 탄소 피복을 진행하여 탄소 피복된 일산화 규소를 획득하는 단계와,
100: (2 내지 10)의 질량비에 따라 상기 탄소 피복된 일산화 규소와 오산화 인을 혼합시킨 후, 이어서 환원성 리튬 함유 화합물을 추가하여 혼합시키고, 비산화성 분위기에서 450℃ 내지 800℃에서 1.5h 내지 2.5h 동안 배소시켜, 음극 재료를 획득하되, 상기 탄소 피복된 일산화 규소와 상기 환원성 리튬 함유 화합물의 질량비가 10: (0.08 내지 1.2)인 단계를 포함한다.
제3 양태에 있어서, 본 출원은 리튬 이온 전지를 제공하며, 상기 리튬 이온 전지는 상술한 제1 양태의 규소-산소 복합 음극 재료 또는 상술한 제2 양태의 제조 방법으로 제조된 규소-산소 복합 음극 재료를 포함한다.
아래에 다수의 실시예로 구분되어 본 출원의 실시예에 대한 진일보의 설명을 진행하기로 한다. 여기서, 본 출원의 실시예는 아래의 구체적인 실시예에 한정되지 않는다. 보호 범위 내에서 실시에 적당한 변화를 진행할 수 있다.
실시예 1
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.2μm이고, Dmax는 28μm임)로 제어한다.
(2) 1kg SiO 분말체 재료, 20g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .8 및 Li2Si2O5을 포함하고, 상기 SiO0.8는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .8 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.6이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.5이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 2
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.3μm이고, Dmax는 25μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 아세틸렌을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 800℃에서 70min 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO/C를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 20g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료에는 SiO0 .8 및 Li2Si2O5가 포함되고, 상기 SiO0.8는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .8 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.1이다. 상기 음극 재료의 PH 값은 10.2이고, 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 205nm이다.
도 2는 본 실시예에서 제조된 음극 재료의 XRD 도표이며, 해당 도표로부터 단지 물질 Li2Si2O5과 규소의 특징 피크가 존재함을 알 수 있다.
도 3a는 본 실시예에서 제조된 음극 재료의 가스 생성 테스트 사진이며, 해당 도면으로부터 알루미늄 플라스틱 필름 백에 팽창 또는 돌출이 없으며, 표면이 평탄한 것을 알 수 있으며, 이는 재료에 기체 생성 현상이 발생하지 않음을 설명한다.
도 3b는 본 실시예에서 제조된 음극 재료의 코팅 테스트 사진이며, 해당 도면으로부터 극편이 매끄럽고 평탄한 것을 알 수 있다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 3
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.3μm이고, Dmax는 25μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 아세틸렌을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 800℃에서 70min 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO/C를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 30g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 120g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행하여 꺼내 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료에는 SiO0 .5 및 Li2Si2O5가 포함되고, 상기 SiO0.5는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .5 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 1.4이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.3이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 200nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 4
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.5μm이고, Dmax는 29μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료, 113g 아스팔트를 취하여 VC 기계에 배치하여 800rpm의 회전 속도로 30min 동안 혼합시켜 출료된 후 고온 상자로에 배치하여 900℃로 3h 동안 소결시키며, 상자로에 질소를 유입시켜 보호한다. 실내 온도로 자연 냉각시켜 출료하여 SiO/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 20g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .86 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0.86는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .86 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.2이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.0이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 220nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 5
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 1.8kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1200℃로 가열하고 20h 동안 보온하며, 로 내에서 SiO 증기를 생성하여 신속한 응축(응축의 온도는 930℃임)을 경과하여 SiO0 . 92 블록을 생성하고, SiO0 . 92 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO0 .92 분말체 재료를 획득하며, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.5μm이고, Dmax는 26μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO0 .92 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 메탄을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 600℃에서 10h 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO0 .92/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiO0 .92/C 재료와 70g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO0 .92/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 600℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .7 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0.7는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .7 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.0이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.6이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 199nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 6
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2.2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1400℃로 가열하고 16h 동안 보온하며, 로 내에서 SiO 증기를 생성하여 신속한 응축(응축의 온도는 970℃임)을 경과하여 SiO1 . 3 블록을 생성하고, SiO1 . 3 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO1 .3 분말체 재료를 획득하며, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.6μm이고, Dmax는 25μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO1 .3 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 에틸렌을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 1000℃에서 30min 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO1.3/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiO1 .3/C 재료와 100g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO1 .3/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 450℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO1 .2 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO1.2는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO1 .2 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.1이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 9.8이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 204nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 7
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.1μm이고, Dmax는 27μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료, 113g 아스팔트를 취하여 VC 기계에 배치하여 500rpm의 회전 속도로 40min 동안 혼합시켜 출료된 후 고온 상자로에 배치하여 600℃로 6h 동안 소결시키며, 상자로에 질소를 유입시켜 보호하며, 실내 온도로 자연 냉각시켜 출료하여 SiO/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 20g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 120g 수소화 붕소 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 사전 리튬 전구체를 아르곤 보호에서 300℃의 열처리 온도, 2.5h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하고, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .6 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0.6는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .6 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 3.0이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.2이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 210nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 8
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.5μm이고, Dmax는 26μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료, 113g 아스팔트를 취하여 VC 기계에 배치하여 3000rpm의 회전 속도로 50min 동안 혼합시켜 출료된 후 고온 상자로에 배치하여 1000℃로 2h 동안 소결시키며, 상자로에 질소를 유입시켜 보호하며, 실내 온도로 자연 냉각시켜 출료하여 SiO/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 20g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 150g 금속 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 열처리를 진행하며, 열처리 온도 1000℃, 열처리시간 1.5h, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .2 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0.2는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .2 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 1.6이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.6이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 198nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 9
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2 kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.5μm이고, Dmax는 29μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료, 아스팔트 113g을 취하여 VC기에 배치하여 800rpm의 회전 속도로 30min 동안 혼합시켜 출료된 후 고온 상자로에 배치하여 900℃로 3h 동안 소결시키며, 상자로에 질소를 유입시켜 보호한다. 실내 온도로 자연 냉각시켜 출료하여 SiO/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiOy/C 재료와 20g 삼산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 삼산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .9 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0.9는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .9 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.3이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.1이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 207nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 10
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2 kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.5μm이고, Dmax는 29μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료, 아스팔트 113g을 취하여 VC기에 배치하여 800rpm의 회전 속도로 30min 동안 혼합시켜 출료된 후 고온 상자로에 배치하여 900℃로 3h 동안 소결시키며, 상자로에 질소를 유입시켜 보호한다. 실내 온도로 자연 냉각시켜 출료하여 SiO/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 20g 인산 리튬을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 인산 리튬의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .92 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0.92는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .92 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.9이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 9.9이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 250nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 11
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.3μm이고, Dmax는 25μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 아세틸렌을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 800℃에서 70min 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO/C를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 8g NaCl를 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 NaCl의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료에는 SiO0 .9 및 Li2Si2O5가 포함되고, 상기 SiO0.9는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .9 및 Li2Si2O5의 질량비는 1:3.5이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.3이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 180nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
실시예 12
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.3μm이고, Dmax는 25μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 아세틸렌을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 800℃에서 70min 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO/C를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 30g NaCl을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 NaCl의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료에는 SiO0 .3 및 Li2Si2O5가 포함되고, 상기 SiO0.3는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .3 및 Li2Si2O5의 질량비는 1:0.2이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 10.3이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 800nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
비교예 1
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.2μm이고, Dmax는 28μm임)로 제어한다.
(2) 1kg SiO 분말체 재료, 20g 오산화 인을 취하여 SiO와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .8, Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0 . 8는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .8 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.6이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 11.3이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
본 비교예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
비교예 2
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2 kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.5μm이고, Dmax는 29μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료, 아스팔트 113g을 취하여 VC기에 배치하여 800rpm의 회전 속도로 30min 동안 혼합시켜 출료된 후 고온 상자로에 배치하여 900℃로 3h 동안 소결시키며, 상자로에 질소를 유입시켜 보호한다. 실내 온도로 자연 냉각시켜 출료하여 SiO/C 재료를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 20g 오산화 인을 취하여, SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료는 SiO0 .86, Li2SiO3 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiO0 . 86는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .86 및 Li2Si2O5의 질량비는 1: 2.2이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 11.2이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 220nm이다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
도 4는 본 비교예에서 제조된 음극 재료의 XRD 도표이며, 해당 도면으로부터 규소 특징 피크 및 Li2Si2O5 특징 피크 이외에 Li2SiO3의 특징 피크가 더 존재하는 것을 알 수 있다.
도 5a는 본 비교예에서 제조된 음극 재료의 가스 생성 테스트 사진이며, 해당 도면으로부터 알루미늄 플라스틱 필름 백에 팽창이 있음을 알 수 있으며, 이는 내부에 기체 생성 현상이 발생하였음을 설명한다.
도 5b는 본 비교예에서 제조된 음극 재료의 코팅 테스트 사진이며, 해당 도면으로부터 극편 상에 핀홀이 가득한 것을 알 수 있다.
본 비교예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
비교예 3
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.3μm이고, Dmax는 25μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 아세틸렌을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 800℃에서 70min 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO/C를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 5g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료에는 SiO0 .95 및 Li2Si2O5가 포함되고, 상기 SiO0.95는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .95 및 Li2Si2O5의 질량비는 1:6.1이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 11.0이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 200nm이다.
본 비교예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
비교예 4
본 실시예는 아래와 같은 방법에 따라 음극 재료를 제조한다.
(1) 1kg Si 분말과 2kg SiO2 분말을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 30min 동안 혼합시킨 후 SiO2와 Si의 혼합물을 획득하고, 해당 혼합물을 진공로 내에 투입시키고, 5Pa의 진공도의 부압 조건에서 1300℃로 가열시켜 18h 동안 보온하고, 로 내에서 SiO 증기를 생성하고 신속한 응축(응축의 온도는 950℃임)을 경과하여 SiO 블록을 생성하고, SiO 블록에 대해 파쇄, 볼 밀링, 분급 등의 공정 처리를 진행하여 SiO 분말체 재료를 획득하고, 이의 중간값 입경을 6μm 좌우(D10은 1.3μm이고, Dmax는 25μm임)로 제어한다.
(2) 1.5kg SiO 분말체 재료를 취하여 CVD 회전로에 배치하고, 탄소원으로 아세틸렌을 유입시키고, 보호 기체로 질소를 유입시키며, 800℃에서 70min 동안 침적시키고, 냉각 출료를 진행하여 SiO/C를 획득한다.
(3) 1kg SiO/C 재료와 10g 오산화 인을 취하여 VC 혼합기 내에 투입시켜 40min 동안 혼합시킨 후 꺼내 SiO/C 재료와 오산화 인의 혼합물을 획득하고, 이어서 혼합물을 볼 밀링 탱크에 투입시키고, 100g 수소화 리튬을 추가하여 20min 동안 볼 밀링을 진행한 후 꺼내, 사전 리튬 전구체를 획득하고, 질소의 보호에서 사전 리튬 전구체에 대해 800℃의 열처리 온도, 2h의 열처리 시간으로 열처리를 진행하며, 실내 온도로 자연 냉각시킨 후 물료를 꺼내 체질, 소자를 진행하여 음극 재료를 획득한다.
본 실시예에서 제조된 음극 재료에는 SiO0 .88 및 Li2Si2O5가 포함되고, 상기 SiO0.88는 균일하게 Li2Si2O5에 분포된다. 상기 음극 재료에서, SiO0 .88 및 Li2Si2O5의 질량비는 1:5.0이고, 상기 음극 재료의 PH 값은 11.1이다. 상기 음극 재료의 표면에는 탄소층이 피복되고, 상기 탄소층의 두께는 190nm이다.
본 비교예에서 제조된 음극 재료의 일반적인 성능 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 전기 화학 성능 테스트 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
테스트 방법
1. XRD 테스트:
10wt%의 산화 마그네슘을 표준 물질로서 추가하여, 각 실시예 및 비교예에서 제조된 테스트하고자는 음극 재료에 균일하게 혼합시켜 편을 제조하여 테스트를 진행한다. 각도 범위: 10 내지 90°이고, 스캔 모드: 단계 스캔이고, 슬릿 폭 1.0을 선택하고, 전압 40kW, 전류 40mA을 설정한다. 데이터를 측정하고 다시 Jade6.5를 통해 각 조성의 상대적 함량을 산출한다.
2. 가공 성능 테스트
(1) 기체 생성 테스트. 각 실시예 및 비교예에서 제조된 음극 재료를 각각 활성 물질로 이용하고, SBR+CMC를 접합제로 이용하고, 전도성 카본 블랙을 추가하고, 활성 물질: 전도제: 접합제=95:2:3 비율에 따라 고속 교반을 진행하여 균일하게 혼합시켜 슬러지를 획득하고, 이를 알루미늄 플라스틱 필름 백에 투입시켜 밀봉, 정치시킨 후, 알루미늄 플라스틱 필름 백의 형상 변화를 모니터링하되, 모니터링 주기는 1달이다.
(2) 코팅 테스트. 기체 생성 테스트에서 구성된 슬러지를 동박에 균일하게 코팅하고, 건조시킨 후 극편 표면에 핀홀, 기공, 오목홈이 존재하는 지를 관측한다.
3. 버튼 전지 테스트
각 실시예 및 비교예에서 제조된 음극 재료를 각각 활성 물질로 이용하고, SBR+CMC를 접합제로 이용하고, 전도성 카본 블랙을 추가한 후 교반하여 슬러지로 제조하여 동박 상에 코팅하고, 최종으로 건조 및 압연을 경과하여 음극편을 제조하되, 활성 물질: 전도제: 접합제=85:15:10이다. 금속 리튬편을 상대 전극으로 이용하고, PP/PE 적층막을 격막으로 이용하고, LiPF6/EC+DEC+DMC(EC, DEC와 DMC의 체적비는 1:1:1임)는 전해액으로 이용하며, 아르곤으로 가득 찬 글로브 박스에서 모의 전지를 조립한다. 블루 파워 5V/10mA 배터리 테스기를 이용하여 버튼 전지의 전기 화학 성능을 테스트하되, 충전 전압은 1.5V이고, 0.01V까지 방전시키며, 충방전 속율은 0.1C이다.
4. 사이클 테스트
질량비1: 9에 따라 각 실시예 및 비교예에서 제조된 음극 재료와 흑연을 각각 균일하게 혼합시킨 후 활성 물질로 이용하고, 금속 리튬편을 상대 전극으로 이용하고, PP/PE 적층막을 격막으로 이용하고, LiPF6/EC+DEC+DMC(EC, DEC와 DMC의 체적비는 1:1:1임)을 전해액으로 이용하며, 아르곤으로 가득 찬 글로브 박스에서 버튼 전지를 조립하고, 블루 파워 5V/10mA 배터리 테스기를 이용하여 전지의 50회 사이클의 전기 화학 성능을 테스트하되, 충전 전압은 5V이고, 0.01V까지 방전시키며, 충방전 속율은 0.1C이다.
상술한 테스트의 결과는 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같다.
표 1
Figure pct00001
표 2
Figure pct00002
표 1 및 표2에 의하면, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 3, 비교예 4로부터 알 수 있듯이, P2O5 추가량이 증가함에 따라, Li2SiO3 함량이 점차적으로 감소하고, 추가량이 2%에 도달할 경우, 더이상 Li2SiO3이 존재하지 않으며, 재료의 가공 성능이 개선된다. 실싱예 1, 2 및 4로부터 알 수 있듯이, 탄소 피복 이후 다시 사전 리튬화 반응을 진행하고, 핵변환제를 추가하여 보다 양호한 변환 효과를 획득할 수 있으며, Li2SiO3에 대한 탄소원 유형의 변환 효과에 영향을 미치지 않는다.
전반적으로, 핵변환제를 추가한 후, 음극 재료 중의 Li2Si2O5 함량이 증가함에 따라, 음극 재료 사이클 성능이 현명하게 향상되고, Li2SiO3이 전부 Li2Si2O5로 변환된 이후, 재료의 사이클 유지율은 88% 이상으로 안정된다.
실시예 9 내지 10은 핵변환제 P2O5를 사용하지 않고, 기타 유형의 핵변환제를 사용하였다. 실시예 4에 비해, 실시예 9및 10에서 제조된 재료의 용량, 사이클은 모두 P2O5를 추가하는 것보다 상대적으로 저하되었으며, 이는 변환제의 유형이 상이함에 인한 것일 수 있다. Li2SiO3이 Li2Si2O5로 변환되는 것에 대한 P2O5의 효과가 더욱 현명하므로, P2O5를 추가한 후 재료 중의 Li2Si2O5 함량도 더욱 많으며, 사이클 과정에 초래하는 팽창에 대한 억제 작용도 더욱 강력하다.
실시예 11 내지 12에 흡열제를 추가하고, 흡열제는 고온 상의 Li2SiO3이 저온 상의 Li2Si2O5로의 변환을 촉진시키고, 최종 산물에 단지 Li2Si2O5만 존재하게 할 수도 있으며, 양호한 최초 쿨롱 효율 및 사이클 성능을 나타내게 된다.
비교예 1은 실시예 1의 기초에서 핵변환제를 추가하지 않아, Li2SiO3 함량이 상대적으로 높아지고, 가공 성능이 저하되며, 기체 생성이 많아, 코팅 이후 현명한 핀홀이 나타나게 되며, 최초 효율과 사이클 성능이 모두 실시예 1보다 저하된다. 비교예 2의 경우는 비교예 1과 동일하며, 이도 핵변환제를 추가하지 않아, 제품 가공 성능이 저하되며, 기체 생성이 많아, 코팅 이후 현명한 핀홀이 나타나게 되며, 최초 효율과 사이클 성능이 모두 실시예 4보다 못하게 된다.
비교예 3, 비교예 4는 각각 실시예 2의 기초에서 핵변환제의 추가량을 변화시키며, 실리콘 산화물과 핵변환제의 질량비는 각각 100: 0.5 및 100:1이며, 비교예 3 내지 4 중의 핵변환제가 부족하여, Li2SiO3을 Li2Si2O5로 완전히 변환시킬 수 없어, 재료 가공 성능이 저하되고, 방치된 후에도 기체 생성 현상이 발생하여, 코팅 시 핀홀이 발생하게 된다.
본 출원은 상술한 실시예를 통해 본 출원의 상세한 방법에 대한 설명을 진행하나, 본 출원은 상술한 상세한 방법에 국한되지 않으며, 즉, 본 출원은 반드시 상술한 상세한 방법에 의존하여야만 실시될 수 있는 것이 아님을 출원인은 성명하고자 한다. 본 출원에 대한 임의의 개선, 본 출원의 제품의 각 원료의 균등한 대치 및 보조 성분의 추가, 구체적인 방식의 선택 등은 모두 본 출원의 보호 범위 및 개시 범위 내에 포함되는 것을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 자명할 것이다.

Claims (14)

  1. 음극 재료에 있어서,
    상기 음극 재료는 SiOx 및 Li2Si2O5를 포함하고, 상기 SiOx는 Li2Si2O5에 분포되되, 0≤x≤1.2인 것을 특징으로 하는 음극 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    a.상기 음극 재료의 PH 값이 7＜PH＜10.7인 조건,
    b.상기 음극 재료의 평균 입경이 5μm 내지 50μm인 조건,
    c.상기 음극 재료 중의 SiOx와 Li2Si2O5의 질량비가 1: (0.74 내지 6.6)인 조건, 및
    d.상기 SiOx가 균일하게 Li2Si2O5에 분포되는 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    a.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되는 조건,
    b.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 탄소 피복층의 두께가 10nm 내지 2000nm인 조건, 및
    c.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 음극 재료 중의 탄소 원소의 질량 분율이 4% 내지 6%인 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료.
  4. 음극 재료의 제조 방법에 있어서,
    실리콘 산화물SiOy, 환원성 리튬 함유 화합물 및 첨가제를 혼합시키고, 열처리를 진행하여 상기 음극 재료를 획득하되, 상기 첨가제는 핵변환제 또는 흡열제를 포함하고, 0＜y＜2인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    a.상기 음극 재료의 PH 값이 7＜PH＜10.7인 조건,
    b.상기 음극 재료의 평균 입경이 5μm 내지 50μm인 조건,
    c.상기 음극 재료 중의 SiOx와 Li2Si2O5의 질량비가 1: (0.74 내지 6.6)인 조건,
    d.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되는 조건,
    e.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 탄소 피복층의 두께가 10nm 내지 2000nm인 조건, 및
    f.상기 음극 재료의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 상기 음극 재료 중의 탄소 원소의 질량 분율이 4% 내지 6%인 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    a.상기 실리콘 산화물과 환원성 리튬 함유 화합물의 질량비가 10: (0.08 내지 1.2)인 조건,
    b.상기 실리콘 산화물이 일산화 규소인 조건,
    c.상기 실리콘 산화물의 D10＞1.0μm이고 Dmax＜50μm인 조건, 및
    d.상기 환원성 리튬 화합물이 수소화 리튬, 알킬 리튬, 금속 리튬, 수소화 리튬 알루미늄, 리튬 아미드 및 수소화 붕소 리튬 중의 적어도 하나를 포함하는 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중의 임의의 한 항에 있어서,
    a.상기 핵변환제가 인의 산화물 및 인산염 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
    b.상기 인의 산화물이 오산화 인 및 삼산화 인 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
    c.상기 인산염이 인산 리튬, 인산 마그네슘 및 인산 나트륨 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
    d.상기 핵변환제가 오산화 인인 조건,
    e.상기 흡열제의 용점이 700℃보다 낮은 조건,
    f.상기 흡열제가 LiCl, NaCl, NaNO3, KNO3, KOH, BaCl, KCl 및 LiF 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
    g.상기 실리콘 산화물과 상기 핵변환제의 질량비가 100: (2 내지 10)인 조건, 및
    h.상기 실리콘 산화물과 상기 흡열제의 질량비가 100: (8 내지 30)인 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중의 임의의 한 항에 있어서,
    a.상기 열처리가 비산화성 분위기에서 진행되는 조건,
    b.상기 열처리가 비산화성 분위기에서 진행되고, 상기 비산화성 분위기가 수소, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
    c.상기 열처리의 온도가 300℃ 내지 1000℃인 조건, 및
    d.상기 열처리의 시간이 1.5h 내지 2.5h인 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  9. 제4항 내지 제8항 중의 임의의 한 항에 있어서,
    실리콘 산화물SiOy, 환원성 리튬 함유 화합물과 핵변환제 또는 흡열제를 혼합시키기 전에,
    실리콘 산화물의 원료에 대해 가열 가스화를 진행하여 실리콘 산화물 기체를 생성하고, 응축을 진행하고 획득한 재료의 입자 형태를 조정하여 실리콘 산화물SiOy을 획득하되, 0＜y＜2인 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    a.상기 실리콘 산화물의 원료가 규소 및 이산화 규소를 포함하는 조건,
    b.상기 규소와 상기 이산화 규소의 질량비가 1:(1.8 내지 2.2)인 조건,
    c.상기 가열 가스화의 온도가 1200℃ 내지 1400℃인 조건,
    d.상기 가열 가스화의 시간이 16h 내지 20h인 조건,
    e.상기 응축의 온도가 930℃ 내지 970℃인 조건,
    f.상기 가열 가스화가 보호성 분위기 또는 진공에서 진행되는 조건, 및
    g.상기 획득한 재료의 입자 형태에 대한 조정이 파쇄, 볼 밀링 및 분급 중의 적어도 하나를 포함하는 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  11. 제4항 내지 제10항 중의 임의의 한 항에 있어서,
    탄소 피복할 재료에 대해 탄소 피복을 진행하되, 상기 탄소 피복할 재료는 상기 실리콘 산화물 및 상기 음극 재료 중의 적어도 하나를 포함하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    a.상기 탄소 피복이 기체상 탄소 피복 및 고체상 탄소 피복 중의 적어도 하나를 포함하는 조건,
    b.상기 탄소 피복이 기체상 탄소 피복 및 고체상 탄소 피복 중의 적어도 하나를 포함하되, 상기 기체상 탄소 피복의 조건은 보호성 분위기에서 상기 실리콘 산화물을 600℃ 내지 1000℃로 온도를 상승시키고, 유기 탄소원 가스를 유입시켜 0.5h 내지 10h 동안 보온을 진행한 후 냉각시키되, 상기 유기 탄소원 가스는 탄화 수소 계열을 포함하고, 상기 탄화 수소 계열은 메탄, 에틸렌, 아세틸렌 및 벤젠 중의 적어도 하나를 포함하는 조건, 및
    c.상기 탄소 피복이 기체상 탄소 피복 및 고체상 탄소 피복 중의 적어도 하나를 포함하되, 상기 고체상 탄소 피복의 조건은 상기 실리콘 산화물과 탄소원을 0.5h 내지 2h 동안 혼합시킨 후, 600℃ 내지 1000℃에서 획득한 탄소 혼합물을 2h 내지 6h 동안 탄화시키고 냉각시키되, 상기 탄소원은 폴리머, 당류, 유기산 및 아스팔트 중의 적어도 하나를 포함하는 것인 조건 중의 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  13. 제3항 내지 제12항 중의 임의의 한 항에 있어서,
    1: (1.8 내지 2.2)의 질량비에 따라 진공에서 1200℃ 내지 1400℃로 16h 내지 20h 동안 규소와 이산화 규소를 가열 가스화시키고, 이어서 930℃내지 970℃에서 응축을 진행하고 획득한 재료의 입자 형태를 조정하여 일산화 규소를 획득하는 단계와,
    상기 일산화 규소에 대해 탄소 피복을 진행하여 탄소 피복된 일산화 규소를 획득하는 단계와,
    100: (2 내지 10)의 질량비에 따라 상기 탄소 피복된 일산화 규소와 오산화 인을 혼합시킨 후, 이어서 환원성 리튬 함유 화합물을 추가하여 혼합시키고, 비산화성 분위기에서 450℃내지 800℃에서 1.5h 내지 2.5h 동안 배소시켜, 음극 재료를 획득하되, 상기 탄소 피복된 일산화 규소와 상기 환원성 리튬 함유 화합물의 질량비가 10: (0.08 내지 1.2)인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극 재료의 제조 방법.
  14. 리튬 이온 전지에 있어서,
    제1항 내지 제3항 중의 임의의 한 항의 음극 재료 또는 제4항 내지 제13항 중의 임의의 한 항의 제조 방법으로 제조된 음극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
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