KR20220083974A - 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료 및 그 제조 방법 및 응용 - Google Patents

자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료 및 그 제조 방법 및 응용 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지 음극재 분야에 관한 것이고, 특히 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료에 관한 것이며, 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료는 나노 실리콘층, 충진층 및 표면 개질층으로 이루어지고; 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 입도 D50은 ＜200 nm이며; 상기 충진층은 탄소 충진층이고 이는 나노 실리콘 사이에 충진된다. 본 발명은 높은 초기효율, 낮은 팽창 및 긴 사이클 등 장점을 구비하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 제공하고; 본 발명은 공정이 간단하고 실시가 용이하며 제품 성능이 안정적이고 우수한 응용 가능성을 구비하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법 및 그 응용을 더 제공한다.

Description

자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료 및 그 제조 방법 및 응용
본 발명은 전지 음극재 분야에 관한 것이고, 특히 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료 및 그 제조 방법 및 응용에 관한 것이다.
현재 상용 음극재는 천연 흑연, 인조 흑연 및 중간상 흑연 등 흑연계 재료가 주를 이루고 있으나 이론 용량이 낮아(372 mAh/g) 시장의 수요를 만족시키지 못하고 있다. 최근 몇 년 동안 사람들은 새로운 고 비용량 음극재인 리튬 저장 금속과 그 산화물(예: Sn, Si) 및 리튬 전이 금속 인화물에 주목하고 있다. 많은 새로운 고 비용량 음극재 중에서, Si는 이론 비용량이 높아(4200 mAh/g) 흑연계 재료를 대체할 수 있는 잠재적인 재료 중 하나이지만 실리콘 기반 재료는 충방전 과정에서 큰 부피 효과를 가지므로 균열 및 분말화가 일어나기 쉽고 이로 인해 집전체와의 접촉이 효력을 잃고 사이클 성능의 급격한 저하를 초래한다. 이 밖에 실리콘 기반 재료의 고유 전도도가 낮고 속도 특성이 좋지 않다. 따라서 부피 팽창 효과를 감소하고 사이클 성능 및 속도 특성을 개선하는 것은 실리콘 기반 재료를 리튬이온 전지에 적용함에 있어 매우 중요하다.
종래의 실리콘-탄소 음극재는 나노 실리콘, 흑연 및 탄소를 사용하여 조립화를 거쳐 복합 재료를 얻는다. 나노 실리콘을 흑연 입자 표면에 코팅하여 코어-쉘 구조를 형성하기에, 미크론 수준의 흑연 입자는 방전 과정의 응력을 잘 방출하지 못하고 국부적인 구조 파괴를 일으키고 재료의 전반적인 성능에 영향을 미친다. 따라서 부피 팽창 효과를 감소하고 사이클 성능을 개선하는 것은 실리콘 기반 재료를 리튬이온 전지에 적용함에 있어 매우 중요하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 높은 초기효율, 낮은 팽창 및 긴 사이클 등 장점을 구비하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 제공한다.
본 발명은 공정이 간단하고 실시가 용이하며 제품 성능이 안정적이고 우수한 응용 가능성을 구비하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법 및 그 응용을 더 제공한다.
자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료에 있어서, 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료는 나노 실리콘층, 충진층 및 표면 개질층으로 이루어지고; 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 입도 D50은 ＜200 nm이며; 상기 충진층은 탄소 충진층이고 이는 나노 실리콘 사이에 충진된다.
상기 과제 해결 수단에 대한 개선으로서, 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 입경 D50은 2~40 μm이고; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 비표면적은 0.5~15 m2/g이며; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 기공률은 1~20 %이다.
상기 과제 해결 수단에 대한 개선으로서, 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 산소 함량은 0~20 %이고; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 탄소 함량은 20~90 %이며; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 실리콘 함량은 5~90 %이다.
상기 과제 해결 수단에 대한 개선으로서, 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘은 나노 실리콘 입자 또는 나노 실리콘옥사이드 입자이고; 상기 표면 개질층은 탄소 개질층이며, 이는 적어도 한 층이고, 단일층 두께는 0.2~1.0 μm이다.
상기 과제 해결 수단에 대한 개선으로서, 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘은 SiOx이고 그중 X는 0~0.8이다.
상기 과제 해결 수단에 대한 개선으로서, 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 산소 함량은 0~31 %이고; 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 결정립 크기는 1~40 nm이다.
자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법은,
S0: 나노 실리콘, 분산제, 바인더를 용매에서 균일하게 혼합, 분산한 후, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A를 얻는 단계;
S1: 전구체 A와 유기탄소원에 대해 기계적 혼합 및 기계적 블렌딩을 진행하여 전구체 B를 얻는 단계;
S2: 전구체 B에 대해 고온 진공/가압 탄화를 진행하여 전구체 C를 얻는 단계;
S3: 전구체 C에 대해 분쇄 및 체가름 처리를 진행하여 전구체 D를 얻는 단계;
S4: 전구체 D에 대해 탄소 코팅을 진행하여 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 얻는 단계를 포함한다.
상기 과제 해결 수단에 대한 개선으로서, 상기 단계 S2에서, 상기 고온 진공/가압 탄화는 진공 탄화, 고온 등압, 가압 후 탄화 등 공정 중 하나 또는 다수이다.
상기 과제 해결 수단에 대한 개선으로서, 상기 탄소 코팅 열처리는 정적 열처리 또는 동적 열처리이고; 상기 정적 열처리는 전구체 D를 박스 열처리로, 진공로 또는 롤러 허스 건조로에 넣고, 보호 가스 하에 1~5 ℃/min의 속도로 400~1000 ℃까지 승온시킨 후, 0.5~20 h 동안 온도를 유지하고, 실온으로 자연 냉각시키며; 상기 동적 열처리는 전구체 D를 회전로에 넣고, 보호 가스 하에 1~5 ℃/min의 속도로 400~1000 ℃까지 승온시킨 후, 0~20.0 L/min의 주입 속도로 유기탄소원 가스를 주입하고, 0.5~20 h 동안 온도를 유지하며, 실온으로 자연 냉각시킨다.
자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 응용에 있어서, 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료는 리튬이온 전지 음극재에 응용된다.
본 발명의 유익한 효과는 아래와 같다.
본 발명의 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료에서 충진층으로 이루어진 3차원 전도성 탄소 네트워크가 실리콘 기반 재료의 전도성을 효과적으로 향상시키는 동시에 3차원 전도성 탄소 네트워크가 충방전 과정의 부피 효과를 효과적으로 완화하고 사이클 과정의 재료 분말화를 효과적으로 방지할 수 있다. 충진층의 전도성 탄소가 재료의 전도성을 향상시킬 뿐만 아니라 나노 실리콘 재료의 부피 팽창을 완화하고, 사이클 과정에서 나노 실리콘과 전해액의 직접적인 접촉을 더 잘 방지하여 부반응을 감소시키고; 최외층 탄소 코팅층은 나노 실리콘과 전해액의 직접적인 접촉을 방지하여 부반응을 감소시키는 동시에 실리콘 기반 재료의 전도성을 보다 효과적으로 향상시키고 충방전 과정의 부피 효과를 더 잘 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 실시예 4에서 제조한 재료의 구조 모식도이다.
도 2는 본 발명의 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 실시예 4에서 제조한 재료의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 실시예 4에서 제조한 재료의 초기 충방전 그래프이다.
아래 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 과제 해결 수단을 명확하게 완전하게 설명한다.
자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료에 있어서, 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료는 나노 실리콘층, 충진층 및 표면 개질층으로 이루어지고; 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 입도 D50은 ＜200 nm이며; 상기 충진층은 탄소 충진층이고 이는 나노 실리콘 사이에 충진된다.
상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 입경 D50은 2~40 μm이고, 보다 바람직하게 2~20 μm이며, 특히 바람직하게 2~10 μm이다.
상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 비표면적은 0.5~15 m2/g이고, 보다 바람직하게 0.5~10 m2/g이며, 특히 바람직하게 0.5~5 m2/g이다.
상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 기공률은 1~20 %이고, 보다 바람직하게 1~10 %이며, 특히 바람직하게 1~5 %이다.
상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 산소 함량은 0~20 %이고, 보다 바람직하게 0~15 %이며, 특히 바람직하게 0~10 %이다.
상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 탄소 함량은 20~90 %이고, 보다 바람직하게 20~60 %이며, 특히 바람직하게 20~50 %이다.
상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 실리콘 함량은 5~90 %이고, 보다 바람직하게 20~70 %이며, 특히 바람직하게 30~60 %이다.
상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘은 나노 실리콘 입자 또는 나노 실리콘옥사이드 입자이고; 상기 표면 개질층은 탄소 개질층이며, 이는 적어도 한 층이고, 단일층 두께는 0.2~1.0 μm이다.
상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘은 SiOx이고 그중 X는 0~0.8이다.
상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 산소 함량은 0~31 %이고, 보다 바람직하게 0~20 %이며, 특히 바람직하게 0~15 %이다.
상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 결정립 크기는 1~40 nm이고, 나노 실리콘은 다결정 나노 실리콘 또는 비정질 나노 실리콘 중 어느 하나 또는 다수이다.
자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법은,
S0: 나노 실리콘, 분산제, 바인더를 용매에서 균일하게 혼합, 분산한 후, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A를 얻는 단계;
S1: 전구체 A와 유기탄소원에 대해 기계적 혼합 및 기계적 블렌딩을 진행하여 전구체 B를 얻는 단계;
S2: 전구체 B에 대해 고온 진공/가압 탄화를 진행하여 전구체 C를 얻는 단계;
S3: 전구체 C에 대해 분쇄 및 체가름 처리를 진행하여 전구체 D를 얻는 단계;
S4: 전구체 D에 대해 탄소 코팅을 진행하여 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 얻는 단계를 포함한다.
상기 단계 S2에서, 상기 고온 진공/가압 탄화는 진공 탄화, 고온 등압, 가압 후 탄화 등 공정 중 하나 또는 다수이다.
상기 탄소 코팅 열처리는 정적 열처리 또는 동적 열처리이고; 상기 정적 열처리는 전구체 D를 박스 열처리로, 진공로 또는 롤러 허스 건조로에 넣고, 보호 가스 하에 1~5 ℃/min의 속도로 400~1000 ℃까지 승온시킨 후, 0.5~20 h 동안 온도를 유지하고, 실온으로 자연 냉각시키며; 상기 동적 열처리는 전구체 D를 회전로에 넣고, 보호 가스 하에 1~5 ℃/min의 속도로 400~1000 ℃까지 승온시킨 후, 0~20.0 L/min의 주입 속도로 유기탄소원 가스를 주입하고, 0.5~20 h 동안 온도를 유지하며, 실온으로 자연 냉각시킨다.
자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 응용에 있어서, 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료는 리튬이온 전지 음극재에 응용된다.
실시예 1
1. 1000 g의 입도 D50이 100 nm인 나노 실리콘 및 100 g 구연산을 알코올에서 혼합하여 균일하게 분산시키고, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A1을 얻었다.
2. 전구체 A1과 아스팔트를 10:3의 질량비로 혼합 및 블렌딩 처리한 후, 전구체 B1을 얻었다.
3. 이어서 전구체 B1을 진공로에 넣고, 진공 조건에서 소결 처리하고, 승온 속도는 1 ℃/min이며, 열처리 온도는 1000 ℃이고, 5 h 동안 온도를 유지하며, 냉각하여 전구체 C1을 얻고, C1에 대해 분쇄 및 체가름 처리를 진행하여 전구체 D1을 얻었다.
4. 전구체 D1과 아스팔트를 10:1의 질량비로 혼합 및 블렌딩 처리한 후, 질소 가스 보호 분위기에서 소결 처리하고, 승온 속도는 1 ℃/min이며, 열처리 온도는 1000 ℃이고, 5 h 동안 온도를 유지하며, 냉각한 후 체가름 처리를 거쳐 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 얻었다.
실시예 2
1. 1000 g의 입도 D50이 100 nm인 나노 실리콘 및 100 g 구연산을 알코올에서 혼합하여 균일하게 분산시키고, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A2를 얻었다.
2. 전구체 A2와 아스팔트를 10:3의 질량비로 혼합 및 블렌딩 처리한 후, 전구체 B2를 얻었다.
3. 이어서 전구체 B2를 고온 등압 장치에 넣고 열처리 온도는 1000 ℃이며, 5 h 동안 온도를 유지하고, 냉각하여 전구체 C2를 얻고, C2에 대해 분쇄 및 체가름 처리를 진행하여 전구체 D2를 얻었다.
4. 전구체 D2와 아스팔트를 10:1의 질량비로 혼합 및 블렌딩 처리한 후, 질소 가스 보호 분위기에서 소결 처리하고, 승온 속도는 1 ℃/min이며, 열처리 온도는 1000 ℃이고, 5 h 동안 온도를 유지하며, 냉각한 후 체가름 처리를 거쳐 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 얻었다.
실시예 3
1. 1000 g의 입도 D50이 100 nm인 나노 실리콘 및 50g 구연산을 알코올에서 혼합하여 균일하게 분산시키고, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A3을 얻었다.
2. 전구체 A3과 아스팔트를 10:3의 질량비로 혼합 및 블렌딩 처리한 후, 전구체 B3을 얻었다.
3. 이어서 전구체 B3을 진공로에 넣고, 진공 조건에서 소결 처리하고, 승온 속도는 1 ℃/min이며, 열처리 온도는 1000 ℃이고, 5 h 동안 온도를 유지하며, 냉각하여 전구체 C3를 얻고, C3에 대해 분쇄 및 체가름 처리를 진행하여 전구체 D3을 얻었다.
4. 1000 g의 얻은 전구체 D3을 취하여 CVD 반응로에 넣고, 5 ℃/min의 속도로 1000 ℃까지 승온한 후, 각각 4.0 L/min의 속도로 고순도 질소를 주입하고, 0.5 L/min의 속도로 메탄 가스를 주입하며, 메탄 가스 주입 시간은 0.5 h이고, 냉각한 후 체가름 처리를 거쳐 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 얻었다.
실시예 4
1. 1000 g의 입도 D50이 100 nm인 나노 실리콘 및 50g 구연산을 알코올에서 혼합하여 균일하게 분산시키고, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A4를 얻었다.
2. 전구체 A4와 아스팔트를 10:3의 질량비로 혼합 및 블렌딩 처리한 후, 전구체 B4를 얻었다.
3. 이어서 전구체 B4를 고온 등압 장치에 넣고 열처리 온도는 1000 ℃이며, 5 h 동안 온도를 유지하고, 냉각하여 전구체 C4를 얻고, C4에 대해 분쇄 및 체가름 처리를 진행하여 전구체 D4를 얻었다.
4. 1000 g의 얻은 전구체 D4를 취하여 CVD 반응로에 넣고, 5 ℃/min의 속도로 1000 ℃까지 승온한 후, 각각 4.0 L/min의 속도로 고순도 질소를 주입하고, 0.5 L/min의 속도로 메탄 가스를 주입하며, 메탄 가스 주입 시간은 0.5 h, 냉각한 후 체가름 처리를 거쳐 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 얻었다.
대조예
1. 1000 g의 입도 D50이 100 nm인 나노 실리콘 및 100 g 구연산을 알코올에서 혼합하여 균일하게 분산시키고, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A0을 얻었다.
2. 전구체 A0과 아스팔트를 10:3의 질량비로 혼합 및 블렌딩 처리한 후, 전구체 B0을 얻었다.
3. 이어서 전구체 B0을 박스 열처리로에 넣고, 질소 가스 보호 분위기에서 소결 처리하고, 승온 속도는 1 ℃/min이며, 열처리 온도는 1000 ℃이고, 5 h 동안 온도를 유지하며, 냉각한 후 체가름 처리를 거쳐 실리콘 기반 복합 재료를 얻었다.
상기 실시예 및 대조예의 성능을 시험하였다.
시험 조건: 대조예 및 실시예에서 제조한 재료를 음극재로 취하고, 바인더 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 도전제(Super~P)와 80:10:10의 질량비로 혼합하며, 적당량의 N-메틸피롤리돈(NMP)을 용매로 첨가하여 슬러리를 제조하고 동박에 도포한 후 진공 건조, 롤링을 거쳐 음극판으로 제조한다. 금속 리튬판을 상대 전극으로 사용하고, 1 mol/L의 LiPF6 3성분 혼합 용매를 EC:DMC:EMC = 1:1:1(v/v)의 비율로 혼합한 전해액을 사용하며, 폴리프로필렌 미세 다공성 막을 분리막으로 사용하고, 불활성 가스가 채워진 글러브 박스에서 CR2032형 버튼 전지로 조립하였다. 버튼 전지의 충방전 시험은 Wuhan LAND Electronic Co.Ltd.의 전지 시험 시스템에서 수행하였고, 상온 조건에서 0.1C 정전류로 충방전하고 충방전 전압은 0.005~1.5 V로 제한하였다.
아래 방법으로 재료의 부피 팽창률을 시험하고 계산하였다. 제조된 실리콘-탄소 복합 재료와 흑연을 복합화하여 용량이 500 mAh/g인 복합 재료를 제조하고 그 사이클 성능을 시험하였다.
팽창률 = (50회 사이클 후 극판 두께 - 사이클 전 극판 두께)/(사이클 전 극판 두께 - 동박 두께)*100％
표 1은 대조예와 실시예의 초기 사이클 시험 결과이고, 표 2는 사이클 팽창 시험 결과이다.
초기 충전 비용량(mAh/g) 초기 방전 비용량(mAh/g) 초기 쿨롱 효율
(%)
대조예 2003.2 1634.6 81.6
실시예 1 1856.8 1574.6 84.8
실시예 2 1826.4 1563.4 85.6
실시예 3 1774.0 1534.5 86.5
실시예 4 1748.8 1523.4 87.1
초기 방전 비용량(mAh/g) 50회 팽창률
(%)		 50회 용량 유지율
(%)
대조예 503.3 65.5 70.2
실시예 1 500.7 55.5 81.2
실시예 2 504.3 52.2 84.5
실시예 3 502.6 53.4 85.4
실시예 4 501.8 49.8 89.7
본 발명의 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료에서 충진층으로 이루어진 3차원 전도성 탄소 네트워크가 실리콘 기반 재료의 전도성을 효과적으로 향상시키는 동시에 3차원 전도성 탄소 네트워크가 충방전 과정의 부피 효과를 효과적으로 완화하고 사이클 과정의 재료 분말화를 효과적으로 방지할 수 있다. 충진층의 전도성 탄소가 재료의 전도성을 향상시킬 뿐만 아니라 나노 실리콘 재료의 부피 팽창을 완화하고, 사이클 과정에서 나노 실리콘과 전해액의 직접적인 접촉을 더 잘 방지하여 부반응을 감소시키고; 최외층 탄소 코팅층은 나노 실리콘과 전해액의 직접적인 접촉을 방지하여 부반응을 감소시키는 동시에 실리콘 기반 재료의 전도성을 보다 효과적으로 향상시키고 충방전 과정의 부피 효과를 더 잘 완화할 수 있다.
상술한 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태일 뿐이고, 그 설명은 비교적 구체적이고 상세하지만, 본 발명의 특허 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 당업자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 수정 및 개선이 이루어질 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 본 발명의 특허 보호 범위는 첨부된 청구범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (10)

  1. 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료에 있어서,
    상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료는 나노 실리콘층, 충진층 및 표면 개질층으로 이루어지고; 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 입도 D50은 ＜200 nm이며; 상기 충진층은 탄소 충진층이고 이는 나노 실리콘 사이에 충진되는 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 입경 D50은 2~40 μm이고; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 비표면적은 0.5~15 m2/g이며; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 기공률은 1~20 %인 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 산소 함량은 0~20 %이고; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 탄소 함량은 20~90 %이며; 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 실리콘 함량은 5~90 %인 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘은 나노 실리콘 입자 또는 나노 실리콘옥사이드 입자이고; 상기 표면 개질층은 탄소 개질층이며, 이는 적어도 한 층이고, 단일층 두께는 0.2~1.0 μm인 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘은 SiOx이고 그중 X는 0~0.8인 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 산소 함량은 0~31 %이고; 상기 나노 실리콘층 중 나노 실리콘의 결정립 크기는 1~40 nm인 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료.
  7. 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법에 있어서,
    S0: 나노 실리콘, 분산제, 바인더를 용매에서 균일하게 혼합, 분산한 후, 분무 건조 처리를 진행하여 전구체 A를 얻는 단계;
    S1: 전구체 A와 유기탄소원에 대해 기계적 혼합 및 기계적 블렌딩을 진행하여 전구체 B를 얻는 단계;
    S2: 전구체 B에 대해 고온 진공/가압 탄화를 진행하여 전구체 C를 얻는 단계;
    S3: 전구체 C에 대해 분쇄 및 체가름 처리를 진행하여 전구체 D를 얻는 단계;
    S4: 전구체 D에 대해 탄소 코팅을 진행하여 상기 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계 S2에서, 상기 고온 진공/가압 탄화는 진공 탄화, 고온 등압, 가압 후 탄화 등 공정 중 하나 또는 다수인 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 탄소 코팅 열처리는 정적 열처리 또는 동적 열처리이고; 상기 정적 열처리는 전구체 D를 박스 열처리로, 진공로 또는 롤러 허스 건조로에 넣고, 보호 가스 하에 1~5 ℃/min의 속도로 400~1000 ℃까지 승온시킨 후, 0.5~20 h 동안 온도를 유지하고, 실온으로 자연 냉각시키며; 상기 동적 열처리는 전구체 D를 회전로에 넣고, 보호 가스 하에 1~5 ℃/min의 속도로 400~1000 ℃까지 승온시킨 후, 0~20.0 L/min의 주입 속도로 유기탄소원 가스를 주입하고, 0.5~20 h 동안 온도를 유지하며, 실온으로 자연 냉각시키는 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 제조 방법.
  10. 리튬이온 전지 음극재에 응용되는 것을 특징으로 하는 자가충진 코팅 실리콘 기반 복합 재료의 응용.
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