KR20220076192A - 실리콘 혼합물의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 혼합물 - Google Patents

실리콘 혼합물의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 혼합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (A) 리튬 금속이 함유된 리튬계 용융염에 이산화규소를 혼합하는 단계를 포함하는 것인 실리콘 혼합물의 제조 방법, 및 전술한 실리콘 혼합물의 제조 방법에 따라 제조된 실리콘 혼합물에 관한 것이다.

Description

실리콘 혼합물의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 혼합물{Method for Manufacturing Silicon Mixture and Silicon Mixture Prepared by the Same}
본 발명은 실리콘 혼합물의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 혼합물에 관한 것이다.
최근 리튬 이차 전지의 수요가 증가하면서 배터리의 구성인 음극 (anode) 소재에 대한 기술 개발에 대한 관심도 높아 지고 있다. 종래 음극 소재로 일반적으로 이용되는 재료는 흑연(graphite) 등이 있다. 그런데 흑연은 가역 용량이 372 mAh/g 정도로 낮아서 높은 가역 용량을 가진 대체 재료에 대한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다.
그 중 가장 활발하게 연구된 재료 중 하나인 실리콘(Si)은 4,200 mAh/g의 높은 가역 용량을 가지며 체적도 9,786 mAh/cm로 높다. 게다가, 실리콘은 구하기 쉽고 값싸며 환경 친화적이라는 장점이 있다. 그러나, 실리콘(Si)은 충방전 과정에서 체적 변화가 커서 (약 400%) 내구성이 저하되며 고체-전해질 계면에서 형성된 실리콘 화합물이 합금/부식 (alloy/de-alloy) 과정을 방해하는 문제가 있었다.
이러한 단점 극복을 위해 보다 우수한 성능을 가지는 실리콘(Si)을 나노 구조체로 개발하기도 하였으나, 나노 와이어와 나노 튜브와 같은 구조를 가진 실리콘(Si)은 제조 과정이 복잡해지면서 경제적이지 않으며, 유독한 화학물질의 사용이 요구되어서, 대규모 산업 수준으로도 생산이 어렵다는 문제점이 있다.
좀 더 간단하고 친환경적인 실리콘의 제조를 위해 용융염(molten salt)을 전해질로 이용하여 전기 화학적으로 제조하는 방법이 주목을 받았다. 예를 들어, 850 ℃의 CaCl2 용융염에 SiO2를 침지한 후 이를 양극 (cathode)으로 이용하여 전자를 공급시켜 실리콘(Si)으로 환원 시키는 방법이 있으나 SiO2를 원료로 사용하는 경우 실리콘(Si)으로 완전히 균일하게 환원시키는 것이 어렵고, SiO2를 다공성 펠렛으로 제조하여 사용하는 경우 SiO2 파우더를 압축 후 900 ℃ 이상에서 소결(sintering)을 해야하는 전처리 과정이 요구되어서, 공정이 복잡해지고 경제적이지 못한 문제가 있다. 또는 용융염에 SiO3 2-를 녹인 후 전자를 공급하여 실리콘(Si)으로 환원 시키는 방법이 개발되었으나, 수율(yield)이 낮다는 문제가 있다.
위와 같은 여러가지 문제점들을 해소하면서도 리튬 이차 전지의 전극(예, 음극 (anode)) 재료로 사용이 적합하도록 하기 위한 실리콘 화합물에 대한 연구가 지속되고 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 CaCl2 용융염보다 녹는점이 더 낮은 리튬계 용융염(LiCl 용융염)을 이용하고, 리튬 금속을 환원제로 이용하여서 전기에너지의 공급 없이도 이산화규소 (SiO2)의 자발적인 화학적 반응만으로도 제조가 가능한 실리콘 혼합물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태는, (A) 리튬 금속이 함유된 리튬계 용융염에 이산화규소를 혼합하는 단계를 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 실시형태는, 전술한 실리콘 혼합물의 제조 방법에 따라 제조된 실리콘 혼합물을 제공한다.
본 발명의 실리콘 혼합물의 제조 방법은, 리튬 금속을 포함하는 리튬계 용융염에 이산화규소(SiO2)를 혼합하는 것만으로도 추가적인 공정 (예를 들어, 전해환원 공정 등) 없이도 이산화규소의 환원 반응을 일으킬 수 있어서, 반응 온도를 리튬계 용융염 (예를 들어, LiCl 용융염)의 녹는점 이상의 온도로 올려주기만 하면, 리튬 이차 전지의 전극 소재로 적합한 실리콘 혼합물을 손쉽게 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한 리튬 금속의 함량 또는 이산화규소(SiO2)와 리튬 금속의 비율을 조절함에 따라 실리콘 혼합물의 조성을 조절할 수 있어서, 간단한 조작만으로도 손쉽게 필요한 생성물을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 흑연 반응기 내에서 제조된 실리콘 혼합물 및 흑연 반응기의 사진을 나타낸 도시이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서 이용되는 반응 전 이산화규소 (SiO2)의 SEM 사진을 나타낸 도시이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따라 실시예 1 내지 3의 실리콘 혼합물의 SEM 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 4는 본 발명의 실험예 1에 따라 비교예 1 내지 3의 실리콘 혼합물의 SEM 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 5는 본 발명의 실험예 1에 따라 실시예 1의 실리콘 혼합물의 XRD 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 6은 본 발명의 실험예 1에 따라 실시예 2의 실리콘 혼합물의 XRD 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 7은 본 발명의 실험예 1에 따라 실시예 3의 실리콘 혼합물의 XRD 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 8은 본 발명의 실험예 1에 따라 비교예 1의 실리콘 혼합물의 XRD 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 9는 본 발명의 실험예 1에 따라 비교예 2의 실리콘 혼합물의 XRD 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 10은 본 발명의 실험예 1에 따라 비교예 3의 실리콘 혼합물의 XRD 분석 결과를 나타낸 도시이다.
도 11은 본 발명의 실험예 2에 따라 실시예 1 및 비교예 3의 실리콘 혼합물의 충/방전 용량 및 충/방전 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시형태를 가질 수 있는바, 특정 실시형태들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시형태를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시형태에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과한 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 실리콘 혼합물의 제조 방법을 제공한다.
상기 실리콘 혼합물의 제조 방법은 (A) 리튬 금속이 함유된 리튬계 용융염에 이산화규소를 혼합하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 (A) 단계의 반응을 통해서, 실리콘(Si)을 필수적으로 포함하며, 리튬실리사이드(LiSi), 리튬실리케이트 (Li2SiO3) 및 리튬디실리케이트 (Li2Si2O5)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 선택적으로 포함하는 실리콘 혼합물을 제조하는 것일 수 있다.
구체적으로는 상기 실리콘 혼합물은 실리콘(Si) 및 리튬실리사이드(LiSi)를 포함하는 것일 수 있고, 또는 상기 실리콘 혼합물은 실리콘(Si), 리튬실리케이트 (Li2SiO3) 및 리튬디실리케이트 (Li2Si2O5)를 포함하는 것일 수도 있고, 또는 실리콘(Si), 리튬실리사이드(LiSi), 리튬실리케이트 (Li2SiO3) 및 리튬디실리케이트 (Li2Si2O5)를 모두 포함하는 것일 수도 있다.
상기 (A) 단계는 하기와 같은 반응식 1을 통해서 실리콘(Si)이 형성될 수 있고, 하기와 같은 반응식 2를 통해서 리튬실리사이드(LiSi)가 형성될 수 있다.
[반응식 1]
SiO2 + 4Li → Si + 2Li2O
[반응식 2]
Si + Li → LiSi
상기 리튬실리케이트 (Li2SiO3) 및/또는 리튬디실리케이트 (Li2Si2O5)는 상기 (A) 단계에서 이산화규소가 실리콘(Si)로 환원되는 과정에서 형성될 수 있다.
상기 (A) 단계에서 상기 실리콘 혼합물에 포함되는 실리콘(Si)은 상기 이산화규소가 환원되어서 얻어지는 것일 수 있다. 즉 본 발명에서는 위와 같이 리튬 금속을 환원제로서 이용하여서, 리튬계 용융염에 이산화규소를 혼합하는 것만으로도, 기존의 방법인 전기 에너지의 공급이 없이도 이산화규소로부터 실리콘을 얻을 수 있다.
특히 상기 (A) 단계에서 리튬계 용융염에 이산화규소를 혼합하여 반응시키는 단계는 해당 공정조건에서 자발적으로 (즉 추가적인 공정 없이도) 수행되는 것일 수 있다.
한편 실리콘을 제조하기 위한 전해환원 공정을 위해서는 반응물인 이산화규소(SiO2)를 전극으로 이용하기 위해서 다공성 세라믹 바스켓(basket)이나 스테인레스 메쉬 바스켓 등을 이용하여 격납하는 과정이 필요하다. 그러나 다공성 세라믹은 기계적 강도가 낮아서 용융염 내에서 파손되는 문제가 있어서 잘 이용되지 않고 있으며, 리튬계 용융염계 내에서 전해환원 공정이 일어나면서 이산화규소(SiO2)가 침상 구조 등으로 전환됨에 따라 실리콘 혼합물이 바스켓의 외부로 유출되는 문제가 있기 때문에, 리튬계 용융염 (특히 LiCl 용융염계) 내에서 높은 수율로 실리콘을 얻기 위해서는 전해환원 공정이 적합하지 않다.
따라서, 리튬계 용융염에서 리튬 금속을 환원제로 이용하는 본 발명에 따른 실리콘 혼합물의 제조 방법은 종래 전해환원 공정과 같이 전극에 전류를 흘려주어 전기 화학적인 반응을 이용하는 것이 아니라, 위와 같은 전해환원 공정 없이도 (즉 전기 에너지의 공급 없이도) 단순히 가열에 의해서 자발적으로 반응이 수행되는 것일 수 있다. 그에 따라 전기 에너지를 공급하기 위한 별도의 전기 화학적 공정이나 이를 위한 장치가 필요하지 않아서, 복잡한 절차가 필요없고, 다양한 케미컬의 사용이 없이도, 고순도의 실리콘을 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명의 실리콘 혼합물의 제조 방법에 따르면, 전해환원 공정과 같이 이산화규소(SiO2)를 격납할 필요가 없이 반응기 내에 제조된 생성물이 온전히 수용되어 있어서 불필요한 생성물의 누출을 없앨 수 있으며, 단순한 생성물의 분리 작업(공정)만으로도 높은 수율로 원하는 실리콘 혼합물을 수득할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실리콘 혼합물의 제조방법에 대해 순차적으로 설명한다.
상기 (A) 단계에서는 반응기 내에 리튬계 용융염과 리튬 금속을 첨가한 후, 리튬계 용융염의 녹는점 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리튬계 용융염은 LiCl 용융염을 포함할 수 있으며, 그에 따라 상기 (A) 단계는 LiCl 용융염의 녹는점인 605 ℃ 이상, 바람직하게는 650 ℃ 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서 상기 (A) 단계는 605 ℃ 이상, 구체적으로는 650 ℃ 이상에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 반응기는 위와 같이 고온 (600 ℃ 이상)에서도 반응기의 안전성 및 반응물로부터의 영향을 최소화하기 위해 흑연 재질의 반응기를 이용할 수 있다. 즉, 상기 반응기는 흑연 반응기를 포함할 수 있고, 구체적으로는 흑연 도가니를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 실리콘 혼합물은 그래파이트를 더 포함하는 것일 수 있다. 전술한 바와 같이 흑연 재질의 반응기를 이용함에 따라, 최종 생성되는 실리콘 혼합물이 탄소를 더 포함할 수 있다. 이는 리튬 금속의 인터칼레이션 (intercalation) 특성에 따라 발생하는 자연스러운 현상이다.
특히 리튬 이차 전지의 음극으로 이용될 때 음극 재질에 탄소가 적절한 비율로 포함되는 경우에 전지 효율이 향상되기 때문에, 본 발명의 실리콘 혼합물이 탄소(그래파이트)를 더 포함하는 경우에는 이를 리튬 이차 전지의 음극에 적용하는 것이 더 유리해진다.
상기 (A) 단계에서 상기 리튬 금속은 상기 리튬계 용융염 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부의 함량으로 혼합하는 것일 수 있고, 구체적으로는 1 내지 3 중량부, 또는 1 내지 1.5 중량부로 혼합하는 것일 수 있다.
상기 리튬 금속의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우에 이산화규소의 환원 반응을 효율적으로 일으켜서 목적하는 실리콘 혼합물을 효율적으로 형성할 수 있다.
상기 (A) 단계에서 리튬 금속을 함유한 리튬계 용융염 내에 이산화규소(SiO2)를 혼합하는 단계는, 이산화규소(SiO2)를 리튬계 용융염 내에 침지하는 방법을 포함할 수 있다.
이 때 상기 이산화규소(SiO2)와 상기 리튬 금속의 혼합 중량비는 1:0.5 이상 1:4 미만일 수 있고, 구체적으로는 1:0.5 내지 1:3, 1:1 내지 1:3, 1:0.5 이상 1:1.5 미만, 1:1 이상 1:1.5 미만, 또는 1:1.5 이상 1:4 미만, 1:1.5 내지 1:3일 수 있다.
상기 이산화규소(SiO2)와 리튬 금속의 혼합 중량비가 상기 범위를 만족하는 경우에 목적하는 실리콘 혼합물을 효율적으로 형성할 수 있다.
또한 상기 리튬 금속의 함량 및 상기 이산화규소(SiO2)와 상기 리튬 금속의 혼합 중량비의 범위 내에서, 이산화규소(SiO2)에 대비하여 상기 리튬 금속의 함량을 증가시킬수록 최종 생성물인 실리콘 혼합물에 리튬실리사이드의 비율이 높아질 수 있으며, 이에 더해 실리콘 혼합물을 형성하는 반응 시간은 단축될 수 있다.
예를 들어, 상기 이산화규소(SiO2)와 상기 리튬 금속의 혼합 중량비가 1:0.5 이상 1:1.15 미만인 경우에는, 상기 실리콘 혼합물에는 리튬실리사이드(LiSi)보다 리튬실리케이트 (Li2SiO3) 및 리튬디실리케이트 (Li2Si2O5)의 함량이 더 많이 포함될 수 있고, 상기 이산화규소(SiO2)와 상기 리튬 금속의 혼합 중량비가 1:1.15 이상 1:4 미만인 경우에는, 상기 실리콘 혼합물에는 리튬실리사이드(LiSi)가 리튬실리케이트 (Li2SiO3) 및 리튬디실리케이트 (Li2Si2O5)의 함량보다 더 많이 포함될 수 있다.
즉, 상기 (A) 단계는, 상기와 같이 먼저 반응기 내에 리튬 금속을 함유한 리튬계 용융염을 첨가하고, 온도를 650 ℃ 이상 가열한 후에, 이산화규소(SiO2)를 리튬계 용융염 내에 침지하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때 상기 (A) 단계는 상기 리튬계 용융염에 이산화규소(SiO2)를 혼합한 후 1 내지 12 시간 동안 반응시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로는 1 내지 7 시간일 수 있다.
특히 본 발명의 실리콘 혼합물을 단시간 안에 제조할 수 있기 위해서는, 상기 이산화규소(SiO2)의 평균 입경(D50)이 0.2 내지 45 ㎛일 수 있다.
상기 이산화규소의 평균 입경(D50)은 입자의 직경을 측정하는데 통상적으로 이용되는 레이저 회절법 또는 주사전자현미경 (SEM, scanning electron microscope)을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서 본 발명의 실리콘 혼합물의 제조 방법은, (B) 상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물을 냉각하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이 리튬계 용융염의 녹는점 이상의 온도로 가열을 한 후 이산화규소(SiO2)를 혼합하게 되면, 반응기 내에서 자발적으로 환원 반응이 일어나 실리콘 혼합물이 생성된다.
상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물은 리튬계 용융염 내에 존재하는 실리콘 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
즉, 상기 (B) 단계에서 (A) 단계에서 얻어진 생성물을 냉각하는 단계는, 반응기 내에 수용되어 있는 리튬계 용융염 내에 존재하는 실리콘 혼합물을 냉각하는 것일 수 있다.
상기 (B) 단계 후에 상기 반응기 내에 남아 있는 상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물 중 리튬계 용융염은 도 2에 나타낸 바와 같이 크리스탈 형태로 존재할 수 있으며, 실리콘 혼합물은 바닥에 고체 상태로 존재할 수 있다 (도 2 참조).
또한 본 발명의 실리콘 혼합물의 제조 방법은, (C) 상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물에서 리튬계 용융염을 분리하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 (C) 단계는, 상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물을 물에 용해시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로는 상기 (A) 단계 이후에, 상기 (B) 단계를 거쳐 냉각된 생성물을 물에 용해시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 냉각된 생성물에는 리튬계 용융염과 실리콘 혼합물이 함께 포함되어 있으며, 이를 물(탈이온수)에 용해시키는 단계만으로도, 목적 생성물인 실리콘 혼합물을 리튬계 용융염으로부터 분리해 낼 수 있다.
또한 상기 실리콘 혼합물의 제조 방법은, 상기와 같이 물에 용해되어 실리콘 혼합물로부터 분리된 리튬계 용융염을 상기 (A) 단계에 재사용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 (C) 단계는 상기 물에 용해된 리튬계 용융염을 증류를 통해서 리튬계 용융염으로부터 수분을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때 증류는 통상적으로 물을 수증기로 기화시킬 수 있는 방법이면 제한없이 이용할 수 있다.
이로써 전해환원 공정에서 최종적으로 실리콘 생성물을 산성 용액을 이용하여 세척하는 과정이 없이, 단순히 물에 용해시키는 것만으로도 실리콘 혼합물을 높은 수율로 얻을 수 있다.
이하에서, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
흑연 도가니에 리튬 금속 0.3 g 및 LiCl 용융염 20 g을 첨가한 후, 가열로에 넣고 650 ℃로 가열하였다.
이어서 이산화규소 (SiO2) 0.2 g을 침지시킨 후 1 시간 동안 반응시켰다.
이후 흑연 도가니를 가열로에서 빼내어서 상온에서 냉각시킨 후, 흑연 도가니 내의 물질을 물에 용해시켜서 건조한 후 실리콘 혼합물을 얻었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에 있어서, 이산화규소 0.2 g을 침지시킨 후 1 시간 반응 대신, 7 시간 반응시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘 혼합물을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에 있어서, 리튬 금속 0.3 g 대신 리튬 금속 0.2 g을 이용하고, 1 시간 반응 대신 12 시간 반응시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘 혼합물을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에 있어서, 리튬 금속 0.3 g 및 LiCl 용융염 20 g 대신 LiCl 용융염 20 g만 이용하고, 이산화규소 (SiO2) 0.2 g 대신 이산화규소 (SiO2) 0.1 g을 침지시키고, 1 시간 반응 대신 2 시간 반응시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘 혼합물을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 비교예 1에 있어서, 2 시간 반응 대신 7 시간 반응시키는 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 실리콘 혼합물을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1에 있어서, 리튬 금속 0.3 g 대신 리튬 금속 0.4 g을 이용하고, 이산화규소 (SiO2) 0.2 g 대신 이산화규소 (SiO2) 0.1 g을 침지시키고, 1 시간 반응 대신 7 시간 반응시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘 혼합물을 제조하였다.
<실험예 1> - 실리콘 혼합물의 구조 및 조성의 확인
실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 실리콘 혼합물의 미세구조의 SEM 사진을 측정하여 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
또한 실시예 1 내지 3의 실리콘 혼합물의 조성을 확인하기 위하여 XRD 테스트 결과를 도 5 내지 도 7에 나타내었고, 비교예 1 내지 3의 실리콘 혼합물의 조성을 확인하기 위하여 XRD 테스트 결과를 도 8 내지 도 10에 나타내었다.
<실험예 2> - 충/방전 용량 및 효율 평가
실시예 1 및 비교예 3의 실리콘 혼합물에 대하여, 실제 리튬 이차 전지의 음극에 이용될 경우에 충/방전 용량 및 초기 충/방전 효율(쿨롱 효율)을 측정한 결과를 하기 표 1 및 도 11에 나타내었다 (평가 조건은 아래와 같다).
전극: 실리콘 혼합물:Super P:PAA/CMC = 6:2:2
전해액: EC/DEC (3/7) w/ 10wt% of FEC & 1.3 M LiPF6
Precycle: 0.05C
(PAA: polyacrylic acid, CMC: carboxymethyl cellulose, EC: ethylene carbonate, DEC: diethyl carbonate, FEC: fluorinated ethylene carbonate)
구분 조성 충전 용량
(charge capacity)(mAh/g)		 방전 용량
(discharge capacity)(mAh/g)		 초기 충/방전 효율
(initial coulombic efficiency)(%)
실시예 1 Si/LiSi/graphite 531 749 70.9
비교예 3 LiSi/graphite 275 643 42.8

Claims (14)

  1. (A) 리튬 금속이 함유된 리튬계 용융염에 이산화규소를 혼합하는 단계를 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 혼합물은 실리콘(Si)을 필수적으로 포함하고,
    리튬실리사이드(LiSi), 리튬실리케이트 (Li2SiO3) 및 리튬디실리케이트 (Li2Si2O5)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 선택적으로 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 실리콘은 상기 이산화규소가 환원되어서 얻어지는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 리튬 금속은 상기 리튬계 용융염 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부의 함량으로 포함되는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이산화규소와 상기 리튬 금속의 혼합 중량비는 1:1 이상 1:4 미만인 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 실리콘 혼합물은 그래파이트를 더 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 리튬계 용융염은 LiCl 용융염을 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 (A) 단계는 650 ℃ 이상에서 수행되는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 (A) 단계에서 상기 리튬계 용융염에 이산화규소를 혼합한 후에 1 내지 12 시간 동안 반응시키는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    (B) 상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물을 냉각하는 단계를 더 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    (C) 상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물에서 리튬계 용융염을 분리하는 단계를 더 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 (C) 단계는, 상기 (A) 단계에서 얻어진 생성물을 물에 용해시키는 단계를 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 분리된 리튬계 용융염을 상기 (A) 단계에서 재사용하는 단계를 포함하는 것인, 실리콘 혼합물의 제조 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중의 어느 한 항의 실리콘 혼합물의 제조 방법에 따라 제조된 실리콘 혼합물.
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