KR20220094556A - Method for manufacturing an active material composite for secondary batteries, and an active material composite for secondary batteries manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지용 활물질 복합체 제조방법, 및 이에 따라 제조되어 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an active material composite for a secondary battery, and to an active material composite for a secondary battery manufactured according to the method and having a core-shell structure.
전기자동차 및 대용량 전력 저장장치의 요구가 높아지면서 이를 충족시키기 위한 다양한 전지의 개발이 이루어져 왔다.As the demand for electric vehicles and large-capacity power storage devices increases, various batteries have been developed to satisfy them.
그 중, 리튬 이차전지는 다양한 이차전지 중에서 에너지밀도 및 출력 특성이 가장 우수하여 널리 상용화되었다. 리튬 이차전지로는 유기용매를 포함하는 액체 타입의 전해질을 포함하는 리튬 이차전지(이하 '액체 타입 이차전지'라 함)가 주로 사용되고 있었다.Among them, lithium secondary batteries have been widely commercialized because of their excellent energy density and output characteristics among various secondary batteries. As a lithium secondary battery, a lithium secondary battery (hereinafter referred to as a 'liquid-type secondary battery') including a liquid-type electrolyte containing an organic solvent has been mainly used.
하지만, 액체 타입 이차전지는 액체전해질이 전극 반응에 의해 분해되어 전지의 팽창을 야기하고 액체전해질의 누출에 의한 발화의 위험성이 지적되고 있었다. 이러한 액체 타입 이차전지의 문제점을 해소하기 위해서, 안정성이 우수한 고체전해질을 적용한 리튬 이차전지가 주목받고 있다.However, in the liquid type secondary battery, the liquid electrolyte is decomposed by the electrode reaction, causing the battery to expand, and the risk of ignition due to leakage of the liquid electrolyte has been pointed out. In order to solve the problems of the liquid type secondary battery, a lithium secondary battery to which a solid electrolyte having excellent stability is applied is attracting attention.
한편, 종래 이차전지의 음극재료로는 리튬이온을 저장할 수 있는 흑연이 주로 사용되고 있었다. 그러나, 흑연은 단위 질량당 용량이 낮아 제한된 용량에 의해 많은 어려움을 겪고 있으며, 이는 향후 고용량 전지를 필요로 하고 있는 모바일 전자기기(유비쿼터스, 사양이 향상되는 휴대폰/노트북 등)의 상용화를 위해 필수적으로 해결해야 할 과제 중에 하나이다. Meanwhile, graphite, which can store lithium ions, has been mainly used as a negative electrode material for conventional secondary batteries. However, graphite suffers from many difficulties due to its limited capacity due to its low capacity per unit mass. It is one of the challenges to be solved.
최근 하이브리드 자동차용 전지로서 요구되는 특성은 비에너지, 고율특성, 내부저항, 수명 등이 있는데, 특히 안전성 확보가 가장 민감한 문제로 등장하면서 리튬전지의 안전성 확보 문제가 극복해야 할 핵심기술로 대두되고 있는 실정에 있다.Recently, the characteristics required for a battery for a hybrid vehicle include specific energy, high rate characteristic, internal resistance, and lifespan. is in reality.
이에, 흑연보다 용량을 증가시킬 수 있는 음극재료에 대한 연구가 진행되었다. 대표적으로 탄소계 소재를 실리콘계 소재로 변경하여 이차전지의 용량을 증가시키는 기술이 연구되고 있다. 그러나, 실리콘계 소재를 이차전지의 음극재료로 사용할 경우, 이차전지의 리튬이온을 흡수할 때 결정구조의 변화를 야기하여 부피가 팽창하는 문제가 있었다. 즉, 이차전지의 충방전 시 음극재료가 부피팽창함에 따라 이차전지의 수명이 현저하게 떨어진다는 단점이 존재하였다.Accordingly, research on anode materials that can increase capacity than graphite has been conducted. Typically, a technology for increasing the capacity of a secondary battery by changing a carbon-based material to a silicon-based material is being studied. However, when a silicon-based material is used as a negative electrode material for a secondary battery, there is a problem in that the volume expands due to a change in the crystal structure when the lithium ion of the secondary battery is absorbed. That is, there was a disadvantage that the lifespan of the secondary battery significantly decreased as the volume of the negative electrode material expanded during charging and discharging of the secondary battery.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.The present invention is intended to solve the above problems, and the specific objects thereof are as follows.
본 발명은 산화물을 포함하는 활물질을 코어(Core)로 준비하고, 상기 활물질 표면에 특정 화학식을 갖는 기능기를 위치시킨 다음, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 투입하여, 상기 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합시킴으로써, 상기 활물질 표면 상에 쉘(Shell)을 형성시키고, 추가적으로 탄화시키는 과정을 최종적으로 포함하여, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 제조하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질 복합체 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, an active material containing an oxide is prepared as a core, a functional group having a specific chemical formula is placed on the surface of the active material, and then a polycyclic hydrocarbon including 5 or more aromatic rings is added to the functional group Cyclic hydrocarbons are bonded to each other by π-π-interaction, thereby forming a shell on the surface of the active material, and finally including a process of further carbonizing, having a core-shell structure An object of the present invention is to provide a method for producing an active material composite for a secondary battery, characterized in that the composite for an active material for a secondary battery is prepared.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되어, 산화물을 포함하는 활물질을 포함하는 코어(Core); 및 상기 활물질 표면 상에 위치하여 특정 화학식을 갖는 기능기와 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소가 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 이루어지는 쉘(Shell);을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is manufactured by the above manufacturing method, the core comprising an active material containing an oxide (Core); and a shell in which a polycyclic hydrocarbon positioned on the surface of the active material and having at least five aromatic rings and a functional group having a specific chemical formula are bonded to each other by π-π-interaction; An object of the present invention is to provide an active material composite for a secondary battery.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The object of the present invention will become clearer from the following description, and will be realized by means and combinations thereof described in the claims.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 활물질 복합체 제조방법은 실리콘 나노입자, 및 상기 실리콘 나노입자 표면에 상기 실리콘 나노입자의 산화물을 포함하는 활물질을 코어(Core)로 준비하는 단계; 하기 화학식 1로 표현되는 기능기를 상기 활물질에 투입시켜, 상기 활물질 표면에 기능기를 위치시키는 단계; 및 상기 기능기가 표면에 위치한 활물질에, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 투입하여, 상기 활물질 표면 상에 쉘(Shell)을 형성시켜, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 얻는 단계;를 포함하고, 상기 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 쉘(Shell)을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing an active material composite for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes preparing silicon nanoparticles and an active material including an oxide of the silicon nanoparticles on a surface of the silicon nanoparticles as a core; placing a functional group represented by the following Chemical Formula 1 into the active material, and locating the functional group on the surface of the active material; and a polycyclic hydrocarbon including five or more aromatic rings is added to the active material in which the functional group is located on the surface to form a shell on the surface of the active material, and has a core-shell structure Obtaining an active material composite for a secondary battery; includes, wherein the functional group and polycyclic hydrocarbon are coupled to each other by π-π-interaction to form a shell.
[화학식 1][Formula 1]
(R1은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, n1은 0 내지 5 이고, R2은 할로겐기이고, 및 상기 R1의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)(R 1 is each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of a heteroaryl group and combinations thereof, n 1 is 0 to 5, R 2 is a halogen group, and the substituents of R 1 are each independently a halogen group, a cyano group , a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 활물질은 상기 실리콘 나노입자의 산화물에 하이드록시 그룹(Hydroxy group)을 더 포함할 수 있다.The active material may further include a hydroxyl group in the oxide of the silicon nanoparticles.
상기 활물질은 표면에 실리콘 나노입자의 산화물과 히드록시 그룹(Hydroxy group)을 포함하여, 상기 기능기와의 수소결합을 통해, 상기 기능기가 활물질 표면에 위치할 수 있다.The active material may include an oxide of silicon nanoparticles and a hydroxyl group on a surface thereof, and the functional group may be positioned on the surface of the active material through hydrogen bonding with the functional group.
상기 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소는 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물, 트룩센(truxene) 화합물, 데카사이클렌(decacyclene) 화합물, 안탄트렌(antanthrene) 화합물, 헥사벤조트리페닐렌(hexabenzotriphenylene) 화합물, 1,2,3,4,5,6,7,8-테트라-(페리-나프틸렌)-안트라센(1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(peri-naphthylene)-anthracene) 화합물, 다이벤즈옥타센(dibenzoctacene) 화합물, 테트라벤조헵타센(tetrabenzoheptacene) 화합물, 및 페로피렌(peropyrene) 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The polycyclic hydrocarbon including 5 or more aromatic rings is a hexabenzocoronene compound, a truxene compound, a decacyclene compound, an antanthrene compound, hexabenzotriphenylene (hexabenzotriphenylene) compound, 1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(ferri-naphthylene)-anthracene (1,2,3,4,5,6,7,8-tetra- It may include at least one selected from the group consisting of a (peri-naphthylene)-anthracene) compound, a dibenzoctacene compound, a tetrabenzoheptacene compound, and a peropyrene compound.
상기 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물일 수 있다.The hexabenzocoronene compound may be a compound represented by Formula 2 below.
[화학식 2][Formula 2]
(R1 내지 R4은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, n1 내지 n4은 각각 독립적으로 0 내지 3 이고, 및 상기 R1 내지 R4의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)(R 1 to R 4 are each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of a heteroaryl group and combinations thereof, n 1 to n 4 are each independently 0 to 3, and the substituents of R 1 to R 4 are each independently a halogen group, It is selected from the group consisting of a cyano group, a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 이차전지용 활물질 목합체 제조방법은 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 활물질 복합체를 탄화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing the active material composite for a secondary battery may further include carbonizing the active material composite having a core-shell structure.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 활물질 복합체는 실리콘 나노입자, 및 상기 실리콘 나노입자 표면에 상기 실리콘 나노입자의 산화물을 포함하는 활물질을 포함하는 코어(Core); 및 상기 활물질 표면 상에 위치하고 하기 화학식 1로 표현되는 기능기와, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 포함하는 쉘(Shell);을 포함하고, 상기 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 쉘(Shell)을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.An active material composite for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: a core including silicon nanoparticles, and an active material including an oxide of the silicon nanoparticles on a surface of the silicon nanoparticles; and a shell (Shell) comprising a polycyclic hydrocarbon positioned on the surface of the active material and having a functional group represented by the following Chemical Formula 1 and five or more aromatic rings, wherein the functional group and the polycyclic hydrocarbon are π-π- It is characterized in that they are combined with each other by interaction to form a shell.
[화학식 1][Formula 1]
(R1은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, n1은 0 내지 5 이고, R2은 할로겐기이고, 및 상기 R1의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)(R 1 is each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of a heteroaryl group and combinations thereof, n 1 is 0 to 5, R 2 is a halogen group, and the substituents of R 1 are each independently a halogen group, a cyano group , a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 쉘(Shell)은 탄화된 쉘(Shell)일 수 있다.The shell may be a carbonized shell.
본 발명에 따라 제조된 이차전지용 활물질 복합체는 활물질을 포함하는 코어(Core) 상에, 특정 화학식을 갖는 기능기와 다환형 탄화수소가 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 이루어지는 쉘(Shell)을 포함하고 있으므로, 활물질 복합체 내 활물질의 부피 팽창 제어가 가능할 뿐만 아니라, 이를 포함하는 이차전지의 안정성과 정전용량(Capacitance)을 우수하게 확보할 수 있는 장점이 있다.The active material composite for a secondary battery prepared according to the present invention includes a shell in which a functional group having a specific chemical formula and a polycyclic hydrocarbon are bonded to each other by π-π-interaction on a core including an active material. Therefore, it is possible to control the volume expansion of the active material in the active material composite, as well as to ensure excellent stability and capacitance of a secondary battery including the same.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지용 활물질 복합체 제조방법을 간략하게 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 활물질 표면에 기능기인 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride)가 위치한 것을 나타낸 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 활물질 표면에 위치한 기능기인 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride)와 다환형 탄화수소인 4F-HBC가 π-π-상호작용하는 것을 간략하게 나타낸 도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어, 활물질인 코어(Core) 상에 쉘(Shell)을 이루고 있는 것을 나타낸 도이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체의 SEM 이미지다.
도 5는 실시예1, 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체와 비교예에 따른 이차전지용 활물질의 라만 시프트 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 비교예에 따른 이차전지용 활물질로 제조한 반쪽전지(도 6a) 및 실시예 1에 따른 이차전지용 활물질 복합체로 제조한 반쪽전지(도 6b)의 0.1C 조건에서의 1차 내지 3차 충방전 후의 비용량(specific capacity)에 대한 전압(V)을 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing an active material composite for a secondary battery according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing that benzoyl chloride, which is a functional group, is located on the surface of an active material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3a is a diagram schematically illustrating π-π-interaction between benzoyl chloride, a functional group located on the surface of an active material, and 4F-HBC, a polycyclic hydrocarbon, according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b is a diagram showing that, according to an embodiment of the present invention, a functional group and a polycyclic hydrocarbon are bonded to each other by π-π-interaction to form a shell on a core that is an active material.
4A and 4B are SEM images of the active material composite for a secondary battery according to Example 2.
5 is a graph showing the results of Raman shift analysis of the active material composite for secondary batteries according to Examples 1 and 2 and the active material for secondary batteries according to Comparative Examples.
6a and 6b show a half battery prepared with the active material for a secondary battery according to Comparative Example ( FIG. 6a ) and a half battery prepared with the active material composite for a secondary battery according to Example 1 ( FIG. 6b ) under 0.1C conditions. It is a graph showing the voltage (V) with respect to the specific capacity after the third charge and discharge.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than the actual size for clarity of the present invention.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, it includes not only the case where the other part is “directly on” but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is "under" another part, this includes not only cases where it is "directly under" another part, but also a case where another part is in the middle.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions expressing quantities of ingredients, reaction conditions, polymer compositions and formulations used herein, contain all numbers, values and/or expressions in which such numbers essentially occur in obtaining such values, among others. Since they are approximations reflecting various uncertainties in the measurement, it should be understood as being modified by the term "about" in all cases. Also, where the present disclosure discloses numerical ranges, such ranges are continuous and inclusive of all values from the minimum to the maximum inclusive of the range, unless otherwise indicated. Furthermore, when such ranges refer to integers, all integers inclusive from the minimum to the maximum inclusive are included, unless otherwise indicated.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In this specification, when a range is described for a variable, the variable will be understood to include all values within the stated range including the stated endpoints of the range. For example, a range of “5 to 10” includes the values of 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc. It will be understood to include any value between integers that are appropriate for the scope of the recited range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5 and 6.5 to 9, and the like. Also for example, ranges from "10% to 30%" include values of 10%, 11%, 12%, 13%, etc. and all integers up to and including 30%, as well as 10% to 15%, 12% to It will be understood to include any subranges such as 18%, 20% to 30%, etc., as well as any value between reasonable integers within the scope of the recited ranges, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, and the like.
종래 이차전지의 충방전 시 음극재료가 부피팽창함에 따라 이차전지의 수명이 현저하게 떨어진다는 단점이 존재하였다.There is a disadvantage that the life of the secondary battery is significantly reduced as the volume of the negative electrode material expands during charging and discharging of the conventional secondary battery.
이에 본 발명자는 상기 문제 해결을 위해 예의 연구한 결과, 산화물을 포함하는 활물질을 코어(Core)로 준비하고, 상기 활물질 표면에 특정 화학식을 갖는 기능기를 위치시킨 다음, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 투입하여, 상기 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합시킴으로써, 상기 활물질 표면 상에 쉘(Shell)을 형성시키고, 추가적으로 탄화시키는 과정을 최종적으로 포함하여, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 제조한 경우, 상기 이차전지용 활물질 복합체 내 활물질의 부피 팽창 제어가 가능할 뿐만 아니라, 이를 포함하는 이차전지의 안정성과 정전용량(Capacitance)을 우수하게 확보할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, as a result of intensive research to solve the above problem, the present inventors prepare an active material containing an oxide as a core, place a functional group having a specific chemical formula on the surface of the active material, and then include 5 or more aromatic rings By adding a polycyclic hydrocarbon, the functional group and the polycyclic hydrocarbon are combined with each other by π-π-interaction, thereby forming a shell on the surface of the active material, and finally including a process of additional carbonization, core When an active material composite for a secondary battery having a (Core)-shell structure is manufactured, it is possible to control the volume expansion of the active material in the active material composite for a secondary battery, as well as stability and capacitance of a secondary battery including the same It was confirmed that it can be secured excellently, and the present invention was completed.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "C1-C10 알킬기"은 탄소원자수 1 내지 10의 1차 내지 3차 알킬기를 의미한다. 상기 알킬기는 예를 들면, 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, tert-부틸, n-헥실 등과 같은 기능기 등일 수 있다.Unless otherwise specified herein, "C 1 -C 10 alkyl group" means a primary to tertiary alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. The alkyl group may be, for example, a functional group such as methyl, ethyl, n -propyl, i -propyl, n -butyl, i -butyl, tert -butyl, n -hexyl, or the like.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "C1-C10 알콕시"는 -O-R기를 의미하며, 여기서 R은 "C1-C10 알킬" 또는 "아릴" 또는 "헤테로아릴" 또는 "벤질"을 포함한다. 바람직한 알콕시기는 예를 들면, 메톡시, 에톡시, 페녹시, 벤질옥시 등을 포함한다.Unless otherwise specified herein, "C 1 -C 10 alkoxy" refers to the group -OR, wherein R includes "C 1 -C 10 alkyl" or "aryl" or "heteroaryl" or "benzyl" do. Preferred alkoxy groups include, for example, methoxy, ethoxy, phenoxy, benzyloxy and the like.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 아릴기는 1개 이상의 벤젠고리를 포함하는 탄소수 2 내지 30의 일환식 또는 다환식 화합물 및 이의 유도체로부터 수소 원자 1개를 제거하여 얻어진 화학기를 의미하며, 예를 들면 상기 벤젠고리를 포함하는 일환식 또는 다환식 화합물은 벤젠고리, 벤젠고리에 알킬 곁사슬이 붙은 톨루엔 또는 자일렌 등, 2개 이상의 벤젠고리가 단일결합으로 결합한 바이페닐 등, 벤젠고리가 시클로알킬기 또는 헤테로시클로 알킬기와 축합한 플루오렌, 크산텐 또는 안트라퀴논 등, 2개 이상의 벤젠고리가 축합한 나프탈렌 또는 안트라센 등을 포함한다.Unless otherwise specified in the present specification, an aryl group refers to a chemical group obtained by removing one hydrogen atom from a monocyclic or polycyclic compound having 2 to 30 carbon atoms and derivatives thereof containing one or more benzene rings, for example, The monocyclic or polycyclic compound containing the benzene ring is a benzene ring, toluene or xylene with an alkyl side chain attached to the benzene ring, biphenyl, etc. in which two or more benzene rings are bonded by a single bond, and the benzene ring is a cycloalkyl group or a hetero and fluorene, xanthene or anthraquinone condensed with a cycloalkyl group, and naphthalene or anthracene in which two or more benzene rings are condensed.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 접두어 헤테로는 -N-, -O-, -S- 및 - P-로 이루어진 군에서 선택되는 1개 내지 3개의 헤테로 원자가 탄소 원자를 치환하고 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 헤테로원자로 질소 원자를 포함하는 피리딘, 피롤 또는 카바졸 등, 헤테로 원자로 산소 원자를 포함하는 퓨란 또는 디벤조퓨란 등, 또는 디벤조티오펜, 디페닐아민 등일 수 있다.Unless otherwise specified herein, the prefix hetero means that 1 to 3 hetero atoms selected from the group consisting of -N-, -O-, -S- and -P- are substituted for carbon atoms. For example, it may be pyridine, pyrrole or carbazole containing a nitrogen atom as a hetero atom, furan or dibenzofuran containing an oxygen atom as a hetero atom, or the like, or dibenzothiophene, diphenylamine, and the like.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 할로겐기란 17족 원소를 의미하며, 예를 들면 플루오로기, 클로로기, 브로모기 또는 요오도기 등일 수 있다.Unless otherwise specified herein, the halogen group refers to a group 17 element, and may be, for example, a fluoro group, a chloro group, a bromo group, or an iodo group.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 치환기가 없는 화학식 양 끝의 결합선은 이 화합물이 다른 화합물과 연결되는 부분을 나타낸 것이다.Unless otherwise specified in the present specification, the bonding line at both ends of the formula without a substituent indicates a portion in which this compound is connected to another compound.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지용 활물질 복합체 제조방법을 간략하게 도시한 흐름도이다. 이를 참고하면, 산화물을 포함하는 활물질을 코어(Core)로 준비하는 단계(S10); 화학식 1로 표현되는 기능기를 상기 활물질에 투입시켜, 상기 활물질 표면에 기능기를 위치시키는 단계(S20); 및 상기 기능기가 표면에 위치한 활물질에, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 투입하여, 상기 활물질 표면 상에 쉘(Shell)을 형성시켜, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 얻는 단계(S30);를 포함하고, 상기 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 활물질 복합체를 탄화시키는 단계(S40);를 더 포함할 수 있다.1 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing an active material composite for a secondary battery according to the present invention. Referring to this, the step of preparing an active material containing an oxide as a core (Core) (S10); Putting the functional group represented by Chemical Formula 1 into the active material to position the functional group on the surface of the active material (S20); and a polycyclic hydrocarbon including five or more aromatic rings is added to the active material in which the functional group is located on the surface to form a shell on the surface of the active material, and has a core-shell structure Obtaining an active material composite for a secondary battery (S30); including, and carbonizing the active material composite having the core-shell structure (S40); may further include.
상기 활물질을 코어(Core)로 준비하는 단계(S10)는 산화물을 포함하는 활물질을 코어(Core)로 준비하는 단계이다.The step of preparing the active material as a core ( S10 ) is a step of preparing an active material including an oxide as a core.
상기 활물질은 극성에 따라 달라질 수 있고, 음극 활물질일 경우, 탄소계활물질로써, 천연흑연, 인조흑연, 흑연탄소섬유, 수지소성탄소 등의 탄소재료나, 고체 전해질과 합재화되는 합금계 재료가 사용될 수 있다. 합금계 재료로서는, 예를 들면 리튬합금(LiAl, LiZn, Li3Bi, Li3Cd, Li3Sb, Li4Si, Li4.4Pb, Li4.4Sn, Li0.17C, LiC6 등)이나, 티탄산리튬(Li4Ti5O12), Zn 등의 금속산화물 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 준금속인 실리콘(Silicon, Si)나노입자로, 상기 실리콘 나노입자 표면에 자연적인 산화(Native oxide)로 인한 실리콘 나노입자의 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 나노입자의 산화물은 SiO2 및 기타 자연적인 산화(Native oxide)로 인한 실리콘 나노입자의 산화물 등을 포함할 수 있다. 또한, 양극 활물질일 경우, 산화물 활물질 또는 황화물 활물질일 수 있고, 산화물 활물질은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiVO2, Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2 등의 암염층형 활물질, LiMn2O4, Li(Ni0.5Mn1.5)O4 등의 스피넬형 활물질, LiNiVO4, LiCoVO4 등의 역스피넬형 활물질, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4 등의 올리빈형 활물질, Li2FeSiO4, Li2MnSiO4 등의 규소 함유 활물질, LiNi0.8Co(0.2-x)AlxO2(0<x<0.2)과 같이 천이 금속의 일부를 이종 금속으로 치환한 암염층형형 활물질, Li1+xMn2-x-yMyO4(M은 Al, Mg, Co, Fe, Ni, Zn 중 적어도 일종이며 0<x+y<2)와 같이 천이 금속의 일부를 이종 금속으로 치환한 스피넬형 활물질, Li4Ti5O12 등의 티탄산 리튬일 수 있다. 상기 황화물 활물질은 구리 쉐브렐, 황화철, 황화 코발트, 황화 니켈 등일 수 있다. 바람직하게는, 상기 활물질은 음극 활물질로써, 고용량의 충방전용량을 가질 수 있는 실리콘 나노입자를 포함할 수 있다.The active material may vary depending on the polarity, and in the case of the anode active material, as a carbon-based active material, a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, graphite carbon fiber, or plastic resin carbon, or an alloy-based material compounded with a solid electrolyte is used. can Examples of the alloy-based material include lithium alloys (LiAl, LiZn, Li 3 Bi, Li 3 Cd, Li 3 Sb, Li 4 Si, Li 4.4 Pb, Li 4.4 Sn, Li 0.17 C, LiC 6 , etc.) and titanic acid. and metal oxides such as lithium (Li 4 Ti 5 O 12 ) and Zn. Preferably, the metalloid silicon (Si) nanoparticles may include an oxide of silicon nanoparticles due to natural oxidation (native oxide) on the surface of the silicon nanoparticles. Specifically, the oxide of the silicon nanoparticles may include SiO 2 and other oxides of silicon nanoparticles due to natural oxidation (native oxide). In addition, in the case of a positive active material, it may be an oxide active material or a sulfide active material, and the oxide active material is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , Li 1+x Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , etc. rock salt layer type active material of LiMn 2 O 4 , Li(Ni 0.5 Mn 1.5 )O 4 etc. spinel type active material, LiNiVO 4 , LiCoVO 4 reverse spinel type active material, LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 Silicon-containing active material such as olivine-type active material, Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 , LiNi 0.8 Co (0.2-x) Al x O 2 (0<x<0.2) Rock salt layer-type active material, Li 1+x Mn 2-xy M y O 4 (M is at least one of Al, Mg, Co, Fe, Ni, Zn, 0<x+y<2) It may be a spinel-type active material substituted with a metal, lithium titanate such as Li 4 Ti 5 O 12 . The sulfide active material may be copper chevrel, iron sulfide, cobalt sulfide, nickel sulfide, or the like. Preferably, the active material is an anode active material, and may include silicon nanoparticles having a high charge/discharge capacity.
즉, 본 발명에 따른 활물질은 표면 위치한 실리콘 나노입자의 산화물에 히드록시 그룹(Hydroxyl group)을 더 포함할 수 있으므로, S20 단계에서 투입하는 기능기와 수소 결합을 통해 활물질 표면에 기능기를 위치시킬 수 있는 특징이 있다.That is, since the active material according to the present invention may further include a hydroxyl group in the oxide of silicon nanoparticles located on the surface, the functional group can be positioned on the surface of the active material through hydrogen bonding with the functional group added in step S20. There is a characteristic.
상기 활물질 표면에 기능기를 위치시키는 단계(S20)는 하기 화학식 1로 표현되는 기능기를 상기 활물질에 투입시켜, 상기 활물질 표면에 기능기를 위치시키는 단계이다.The step of locating the functional group on the surface of the active material (S20) is a step of placing the functional group on the surface of the active material by introducing the functional group represented by the following Chemical Formula 1 into the active material.
구체적으로, 상기 기능기는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물일 수 있다.Specifically, the functional group may be a compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
(R1은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, n1은 0 내지 5 이고, R2은 할로겐기이고, 및 상기 R1의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)(R 1 is each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of a heteroaryl group and combinations thereof, n 1 is 0 to 5, R 2 is a halogen group, and the substituents of R 1 are each independently a halogen group, a cyano group , a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
바람직하게는, n1은 0이고, R2은 할로겐기일 수 있고, 더 바람직하게는, R2가 염소(Cl)인 화합물로써 활물질에 벤조일기를 붙이는 가장 대표적인 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride)일 수 있다.Preferably, n 1 is 0, R 2 may be a halogen group, and more preferably, R 2 is a compound in which chlorine (Cl) is the most representative benzoyl chloride that attaches a benzoyl group to the active material.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 활물질 표면에 기능기인 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride)가 위치한 것을 나타낸 개략도이다. 이를 참고하면, 활물질 표면에 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride)가 특정 배열에 따라 위치할 수 있다.2 is a schematic view showing that benzoyl chloride, which is a functional group, is located on the surface of an active material according to an embodiment of the present invention. Referring to this, benzoyl chloride may be positioned according to a specific arrangement on the surface of the active material.
구체적으로, 상기 기능기는 활물질 표면에 위치한 히드록시기와의 수소 결합을 통해 특정 배열로 위치할 수 있고, 바람직하게는, 1가의 벤조일기를 갖는 대표적인 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride, C6H5-COCl)는 2가 이상의 벤조일기 보다 짧은 형태로써, 산화물을 포함하는 활물질과 용이하게 수소결합이 가능하므로 기능기가 활물질 표면에 더 용이하게 위치할 수 있다.Specifically, the functional group may be positioned in a specific arrangement through a hydrogen bond with a hydroxyl group located on the surface of the active material, and preferably, a representative benzoyl chloride having a monovalent benzoyl group (C 6 H 5 -COCl) is 2 Since it is a shorter form than the benzoyl group having more than , hydrogen bonding with the active material including an oxide is possible, so that the functional group can be more easily located on the surface of the active material.
상기 기능기를 활물질 표면에 일정 배열로 위치시킴에 따라, 상기 기능기는 S30에 추후 투입할 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소와 π-π-상호작용으로 인해 쉘(Shell)을 형성시킬 수 있다.As the functional groups are arranged in a predetermined arrangement on the surface of the active material, the functional groups can form a shell due to π-π-interaction with a polycyclic hydrocarbon including five or more aromatic rings to be added later in S30. have.
상기 기능기의 함량은 활물질 : 기능기가 4~5 : 1 의 질량비로 하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나, 기능기의 함량이 너무 적으면 쉘(Shell)을 온전히 구성하지 못하는 단점이 있고, 함량이 너무 많으면 기능기가 수소결합을 하지 못하여 불순물로 남거나 활물질에 과하게 결합하여 이상적인 쉘(Shell)구조를 이루지 못하는 단점이 있다.The content of the functional group is preferably in a mass ratio of active material: functional group of 4 to 5: 1. Out of the above range, if the content of functional groups is too small, there is a disadvantage that the shell cannot be completely formed. It has the disadvantage of not being able to achieve a structure.
상기 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 얻는 단계(S30)는 상기 기능기가 표면에 위치한 활물질에, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 투입하여, 상기 활물질 표면 상에 쉘(Shell)을 형성시켜, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 얻는 단계이다.In the step (S30) of obtaining an active material composite for a secondary battery having a core-shell structure, a polycyclic hydrocarbon including five or more aromatic rings is added to the active material in which the functional group is located on the surface, and the active material This is a step of forming a shell on the surface to obtain an active material composite for a secondary battery having a core-shell structure.
상기 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소는 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물, 트룩센(truxene) 화합물, 데카사이클렌(decacyclene) 화합물, 안탄트렌(antanthrene) 화합물, 헥사벤조트리페닐렌(hexabenzotriphenylene) 화합물, 1,2,3,4,5,6,7,8-테트라-(페리-나프틸렌)-안트라센(1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(peri-naphthylene)-anthracene) 화합물, 다이벤즈옥타센(dibenzoctacene) 화합물, 테트라벤조헵타센(tetrabenzoheptacene) 화합물, 및 페로피렌(peropyrene) 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는, 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물을 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는, 상기 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물일 수 있다.The polycyclic hydrocarbon including 5 or more aromatic rings is a hexabenzocoronene compound, a truxene compound, a decacyclene compound, an antanthrene compound, hexabenzotriphenylene (hexabenzotriphenylene) compound, 1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(ferri-naphthylene)-anthracene (1,2,3,4,5,6,7,8-tetra- A (peri-naphthylene)-anthracene) compound, a dibenzoctacene compound, a tetrabenzoheptacene compound, and a peropyrene compound may be one comprising at least one selected from the group consisting of, Preferably, it may include a hexabenzocoronene compound, and more preferably, the hexabenzocoronene compound may be a compound represented by Formula 2 below.
[화학식 2][Formula 2]
(R1 내지 R4은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, n1 내지 n4은 각각 독립적으로 0 내지 3 이고, 및 상기 R1 내지 R4의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)(R 1 to R 4 are each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of a heteroaryl group and combinations thereof, n 1 to n 4 are each independently 0 to 3, and the substituents of R 1 to R 4 are each independently a halogen group, It is selected from the group consisting of a cyano group, a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
구체적으로, 상기 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물은 n1 내지 n4은 각각 독립적으로 1이고, R1 내지 R4은 각각 독립적으로 할로겐기, 바람직하게는, 플루오로(F)인 4F-헥사벤조코로넨(4F-hexabenzocoronene; 4F-HBC)일 수 있다.Specifically, in the hexabenzocoronene compound, n 1 to n 4 are each independently 1, and R 1 to R 4 are Each independently a halogen group, preferably, fluoro (F) may be 4F-hexabenzocoronene (4F-hexabenzocoronene; 4F-HBC).
상기 다환형 탄화수소의 함량은 다환형 탄화수소 : 기능기가 1 : 20~100의 질량비로 하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나, 다환형 탄화수소의 함량이 너무 적으면 쉘(Shell) 구조가 코어(Core)를 완전히 덮지 못하는 단점이 있고, 함량이 너무 많으면 균일 두께의 쉘(Shell)을 형성하지 못하거나 기능기와 pi-pi 결합을 하지 못하여 불순물로 남는 단점이 있다.The content of the polycyclic hydrocarbon is preferably set to a mass ratio of polycyclic hydrocarbon: functional group of 1: 20 to 100. Outside the above range, if the content of polycyclic hydrocarbon is too small, the shell structure does not completely cover the core, and if the content is too large, it is not possible to form a shell of uniform thickness or functional group There is a disadvantage of remaining as an impurity because pi-pi bonding is not possible.
바람직하게는, 상기 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 투입한 후, 80~120℃의 온도일 수 있고, 바람직하게는, 100~120℃의 온도로 열을 가하여 쉘(Shell)을 형성시킬 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 가열온도가 너무 낮으면 결합할 수 있는 활성에너지에 도달하지 못하여 코어-쉘 구조를 형성하지 못하는 단점이 있고, 가열온도가 벤조일 클로라이드의 끓는점 보다 높으면 쉘형태로 자리잡기 전에 기화 됨으로 균일한 코팅이 어려워지는 단점이 있다.Preferably, after adding the polycyclic hydrocarbon containing 5 or more aromatic rings, the temperature may be 80 ~ 120 ℃, preferably, by applying heat to a temperature of 100 ~ 120 ℃ (Shell) can be formed. Out of the above range, if the heating temperature is too low, the binding active energy cannot be reached and a core-shell structure cannot be formed. There is a disadvantage that it becomes difficult to uniformly coat.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 활물질 표면에 위치한 기능기인 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride)와 다환형 탄화수소인 4F-HBC가 π-π-상호작용하는 것을 간략하게 나타낸 도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어, 활물질인 코어(Core) 상에 쉘(Shell)을 이루고 있는 것을 나타낸 도이다. Figure 3a is a diagram schematically showing the π-π- interaction between benzoyl chloride, a functional group located on the surface of an active material, and 4F-HBC, a polycyclic hydrocarbon, according to an embodiment of the present invention, FIG. 3b is According to an embodiment of the present invention, a functional group and polycyclic hydrocarbon are bonded to each other by π-π-interaction, and is a diagram showing that a shell is formed on a core, which is an active material.
도 3a를 참고하면, 기능기인 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride) 내 방향족 고리를 포함하고 있고, 다환형 탄화수소인 4F-HBC도 방향족 고리를 포함하고 있다. 이때, 각각의 방향족 고리와 π-π-상호작용에 의해 평면의 방향족 고리끼리 적층되는 구조로 결합할 수 있다. 상기 적층 구조로 인해, 최종적으로, 도 3b와 같이, 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어, 활물질인 코어(Core) 상에 쉘(Shell)을 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3A , the functional group benzoyl chloride includes an aromatic ring, and the polycyclic hydrocarbon 4F-HBC also includes an aromatic ring. At this time, each aromatic ring may be bonded to each other in a structure in which the planar aromatic rings are stacked by π-π-interaction. Due to the stacked structure, finally, as shown in FIG. 3b , the functional group and the polycyclic hydrocarbon may be combined with each other by π-π-interaction to form a shell on the core, which is the active material.
즉, 본 발명에 따라 제조된 이차전지용 활물질 복합체는 활물질을 포함하는 코어(Core) 상에, 특정 화학식을 갖는 기능기와 다환형 탄화수소가 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 이루어지는 쉘(Shell)을 포함하고 있으므로, 활물질 복합체 내 활물질의 부피 팽창 제어가 가능한 장점이 있다.That is, the active material composite for a secondary battery prepared according to the present invention is a shell formed by bonding a functional group having a specific chemical formula and a polycyclic hydrocarbon to each other by π-π-interaction on a core including an active material. Since it contains, there is an advantage that it is possible to control the volume expansion of the active material in the active material composite.
또한, 본 발명은 상기 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 탄화시키는 단계(S40);를 더 포함할 수 있다. 상기 탄화를 수행하여 실리콘 입자의 부피팽창제어를 통한 배터리 셀의 안정성 및 상대적으로 높은 capacitance 확보하기 위함이다.In addition, the present invention may further include a step of carbonizing the active material composite for a secondary battery having the core-shell structure (S40); This is to secure the stability of the battery cell and relatively high capacitance through volume expansion control of silicon particles by performing the carbonization.
구체적으로, 상기 탄화시키는 단계는 상기 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 900~1000℃의 온도로 열을 가하여 탄화를 수행할 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 탄화온도가 너무 낮으면 탄소층이 형성되지 못하는 단점이 있고, 탄화온도가 너무 높으면 활물질 복합체가 손상을 입는 단점이 있다.Specifically, in the carbonizing, the carbonization may be performed by applying heat to the active material composite for a secondary battery having the core-shell structure at a temperature of 900 to 1000°C. Outside the above range, there is a disadvantage that the carbon layer cannot be formed when the carbonization temperature is too low, and the active material composite is damaged when the carbonization temperature is too high.
즉, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 탄화시킴으로써, 활물질 복합체 내 활물질의 부피 팽창 제어를 더 우수하게 확보할 수 있는 장점이 있다.That is, by carbonizing the active material composite for a secondary battery having a core-shell structure, there is an advantage in that volume expansion control of the active material in the active material composite can be better secured.
본 발명에 따른 이차전지용 활물질 복합체는, 상기 제조방법으로 제조되어, 실리콘 나노입자, 및 상기 실리콘 나노입자 표면에 상기 실리콘 나노입자의 산화물을 포함하는 활물질을 포함하는 코어(Core); 및 상기 활물질 표면 상에 위치하고 하기 화학식 1로 표현되는 기능기와, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 포함하는 쉘(Shell);을 포함한다. 바람직하게는, 상기 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 쉘(Shell)을 이룬다. The active material composite for a secondary battery according to the present invention includes: a core including silicon nanoparticles and an active material including an oxide of the silicon nanoparticles on a surface of the silicon nanoparticles; and a shell including a polycyclic hydrocarbon positioned on the surface of the active material and including a functional group represented by the following Chemical Formula 1 and five or more aromatic rings. Preferably, the functional group and the polycyclic hydrocarbon are bonded to each other by π-π-interaction to form a shell.
[화학식 1] [Formula 1]
(R1은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, n1은 0 내지 5 이고, R2은 할로겐기이고, 및 상기 R1의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)(R 1 is each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of a heteroaryl group and combinations thereof, n 1 is 0 to 5, R 2 is a halogen group, and the substituents of R 1 are each independently a halogen group, a cyano group , a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 활물질, 기능기, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소는 상기 제조방법에서 설명한 것과 동일하거나 다를 수 있다.The active material, the functional group, and the polycyclic hydrocarbon including five or more aromatic rings may be the same as or different from those described in the preparation method.
또한, 상기 이차전지용 활물질 복합체는 탄화시키는 단계를 거쳐 상기 쉘(Shell)은 탄화된 쉘(Shell)일 수 있다.In addition, the active material composite for a secondary battery is carbonized, and the shell may be a carbonized shell.
즉, 본 발명에 따라 제조된 이차전지용 활물질 복합체는 활물질을 포함하는 코어(Core) 상에, 특정 화학식을 갖는 기능기와 다환형 탄화수소가 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 이루어지는 쉘(Shell)을 포함하고 있으므로, 활물질 복합체 내 활물질의 부피 팽창 제어가 가능할 뿐만 아니라, 이를 포함하는 이차전지의 안정성과 정전용량(Capacitance)을 우수하게 확보할 수 있는 장점이 있다.That is, the active material composite for a secondary battery prepared according to the present invention is a shell formed by bonding a functional group having a specific chemical formula and a polycyclic hydrocarbon to each other by π-π-interaction on a core including an active material. Since it contains, it is possible not only to control the volume expansion of the active material in the active material composite, but also to ensure excellent stability and capacitance of a secondary battery including the same.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The following examples are only examples to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1 : 이차전지용 활물질 복합체 제조Example 1: Preparation of active material composite for secondary battery
(S10) 활물질로 실리콘 나노입자(Silicon, Si) 20mg을 준비하였다. 이때, 실리콘(Si) 표면에는 Native oxide인 실리콘 나노입자의 산화물에히드록시 그룹(Hydroxyl group)이 포함되어 있었다.(S10) 20 mg of silicon nanoparticles (Silicon, Si) were prepared as an active material. At this time, on the surface of silicon (Si), a hydroxyl group was included in the oxide of silicon nanoparticles, which is a native oxide.
(S20) 기능기로 벤조일 클로라이드(Benzoyl chloride)를 준비하고, 이를 포함하는 용액 5mL를 준비한 뒤, 상기 준비한 활물질에 투입하였다.(S20) Benzoyl chloride was prepared as a functional group, and 5 mL of a solution containing it was prepared, and then added to the prepared active material.
이때, 활물질 : 기능기의 질량비는 4 : 1 이었다.At this time, the mass ratio of the active material to the functional group was 4:1.
(S30) 다환형 탄화수소로 4F-헥사벤조코로넨(4F-hexabenzocoronene; 4F-HBC)를 다환형 탄화수소 : 기능기 1 : 20~100의 질량비로 준비하여 투입한 뒤, 120℃의 온도로 열을 가하여, 최종적으로, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 얻었다.(S30) 4F-hexabenzocoronene (4F-HBC) as a polycyclic hydrocarbon was prepared in a mass ratio of polycyclic hydrocarbon: functional group 1: 20 to 100, and then heated to a temperature of 120 ° C. was added, and finally, an active material composite for a secondary battery having a core-shell structure was obtained.
실시예 2 : 탄화 단계를 거친 이차전지용 활물질 복합체 제조Example 2: Preparation of active material composite for secondary battery through carbonization step
실시예 1과 비교했을 때, 실시예 1로 제조한 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체에 1000℃의 온도로 열을 가하여 탄화시켜, 쉘(Shell)이 탄화된 이차전지용 활물질 복합체를 제조하였다.Compared with Example 1, the secondary battery active material composite having a core-shell structure prepared in Example 1 was carbonized by applying heat at a temperature of 1000° C., and the shell was carbonized secondary An active material composite for a battery was prepared.
비교예 : 종래실리콘 활물질을 포함하는 이차전지용 활물질 준비Comparative Example: Preparation of an active material for a secondary battery containing a conventional silicon active material
비교예의 활물질고, Meliorum Technologies, Inc.사의 Silcon 나노입자 사용하였다.As the active material of Comparative Example, Silcon nanoparticles of Meliorum Technologies, Inc. were used.
실험예 1 :Experimental Example 1: 이차전지용 활물질 복합체의 SEM 이미지 및 라만 시프트(Raman shift) 분석SEM image and Raman shift analysis of active material composite for secondary battery
실시예 2에 따라 이차전지용 활물질 복합체를 제조하고, 상기 구조 분석한 결과를 SEM 이미지 및 라만 시프트 분석 그래프에 나타내었다.An active material composite for a secondary battery was prepared according to Example 2, and the results of the structural analysis were shown in the SEM image and the Raman shift analysis graph.
구체적으로, 도 4a 및 도 4b는 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체의 SEM 이미지고, 도 5는 실시예1, 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체와 비교예에 따른 이차전지용 활물질의 라만 시프트 분석 결과를 나타낸 그래프이다.Specifically, FIGS. 4A and 4B are SEM images of the active material composite for secondary batteries according to Example 2, and FIG. 5 is a Raman shift of the active material composite for secondary batteries according to Examples 1 and 2 and the active material for secondary batteries according to Comparative Examples. It is a graph showing the analysis result.
상기 도 4a 및 도 4b를 참고하면, 활물질 복합체에 탄소층이 구성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 4B , it can be seen that the carbon layer is formed in the active material composite.
상기 도 5를 참고하면, 실시예 1 및 비교예와 달리 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체는 특정 피크인 D, G를 추가적으로 확인할 수 있는데, 상기 피크는 탄화로 인한 탄소를 포함하는 것을 나타내는 바, 탄화로 인한 탄소층 형성이 된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, unlike Example 1 and Comparative Example, in the active material composite for a secondary battery according to Example 2, specific peaks D and G can be additionally identified, which indicates that the peak contains carbon due to carbonization. , it can be confirmed that the carbon layer is formed due to carbonization.
실험예 2 :Experimental Example 2: 이차전지용 활물질 복합체의 반쪽전지 분석Half-cell analysis of active material composites for secondary batteries
실시예1, 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체와 비교예에 따른 이차전지용 활물질을 이용하여 각각 실시예1, 실시예2, 또는 비교예에 따른 활물질 : carbon(denka) : binder = 6:2:2 비율의 중량비로 슬러리를 제작하여 닥터블레이드(doctor blade) 방법으로 코팅하고 롤 프레스를 이용하여 압착시킨다. 그후 진공오븐에서 120℃의 온도로 12시간 건조하여 활물질이 포함된 반쪽전지를 제작하였다.Using the active material composite for secondary batteries according to Examples 1 and 2 and the active material for secondary batteries according to Comparative Examples, respectively, the active material according to Example 1, Example 2, or Comparative Example: carbon (denka): binder = 6:2 A slurry is prepared in a weight ratio of :2, coated by a doctor blade method, and compressed using a roll press. After that, it was dried in a vacuum oven at a temperature of 120° C. for 12 hours to prepare a half-cell containing the active material.
구체적으로, 상기 실시예 1에 따른 이차전지용 활물질 복합체로 제조한 반쪽전지와 비교예에 따른 이차전지용 활물질로 제조한 반쪽전지를 0 ~ 1.5 V의 전압 범위로 cut-off voltage 하에서 측정한 뒤 그 결과를 각각 도 6a 내지 도 6b에 나타내었다.Specifically, the half-cell prepared with the active material composite for secondary batteries according to Example 1 and the half-cell prepared from the active material for secondary batteries according to Comparative Example were measured under a cut-off voltage in a voltage range of 0 to 1.5 V, and the result are shown in FIGS. 6A to 6B, respectively.
구체적으로, 도 6a 및 도 6b는 비교예에 따른 이차전지용 활물질로 제조한 반쪽전지(도 6a) 및 실시예 1에 따른 이차전지용 활물질 복합체로 제조한 반쪽전지(도 6b)의 0.1C 조건에서의 1차 내지 3차 충방전 후의 비용량(specific capacity)에 대한 전압(V)을 나타낸 그래프이다. Specifically, FIGS. 6A and 6B show the half-cell prepared with the active material for secondary batteries according to Comparative Example ( FIG. 6A ) and the half-cell prepared with the active material composite for secondary batteries according to Example 1 ( FIG. 6B ) under 0.1C conditions. It is a graph showing the voltage (V) with respect to the specific capacity (specific capacity) after the first to third charge and discharge.
상기 도 6a 내지 도 6b를 참고하면, 일반 이차전지용 활물질로 제조한 반쪽전지에 비해, 실시예 1에 따른 이차전지용 활물질 복합체로 제조한 반쪽전지에서 비용량(specific capacity)이 상대적으로 다 크다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 6A to 6B , it can be seen that the specific capacity is relatively high in the half-cell prepared with the active material composite for secondary batteries according to Example 1, compared to the half-cells prepared with the active material for general secondary batteries. could
또한, 도 7은 비교예에 따른 이차전지용 활물질로 제조한 반쪽전지와 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체로 제조한 반쪽전지의 사이클 횟수(Cycle number)에 대한 방전 비용량(Discharge specific capacity) 및 쿨롱효율(coulombic efficiency)을 나타낸 그래프이다.In addition, FIG. 7 shows the discharge specific capacity for the cycle number of the half battery prepared with the active material for secondary batteries according to Comparative Example and the half battery prepared with the active material composite for secondary batteries according to Example 2; and This is a graph showing the coulombic efficiency.
상기 도 7을 참고하면, 일반 이차전지용 활물질로 제조한 반쪽전지에 비해, 실시예 2에 따른 이차전지용 활물질 복합체로 제조한 반쪽전지에서 방전 비용량이 모든 사이클에 대해서 높고, 쿨롱효율동안 안정적으로 유지된다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 7, compared to the half-cell prepared with the active material for a general secondary battery, in the half-cell prepared with the active material composite for secondary battery according to Example 2, the discharge specific capacity is high for all cycles, and it is stably maintained during the coulombic efficiency. could confirm that
즉, 본 발명에 따라 제조된 이차전지용 활물질 복합체는 활물질을 포함하는 코어(Core) 상에, 특정 화학식을 갖는 기능기와 다환형 탄화수소가 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 이루어지는 쉘(Shell)을 포함하고 있으므로, 활물질 복합체 내 활물질의 부피 팽창 제어가 가능할 뿐만 아니라, 이를 포함하는 이차전지의 안정성과 정전용량(Capacitance)을 우수하게 확보할 수 있는 장점이 있다.That is, the active material composite for a secondary battery prepared according to the present invention is a shell formed by bonding a functional group having a specific chemical formula and a polycyclic hydrocarbon to each other by π-π-interaction on a core including an active material. Since it contains, it is possible not only to control the volume expansion of the active material in the active material composite, but also to ensure excellent stability and capacitance of a secondary battery including the same.
Claims (13)
하기 화학식 1로 표현되는 기능기를 상기 활물질에 투입시켜, 상기 활물질 표면에 기능기를 위치시키는 단계; 및
상기 기능기가 표면에 위치한 활물질에, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 투입하여, 상기 활물질 표면 상에 쉘(Shell)을 형성시켜, 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 이차전지용 활물질 복합체를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 쉘(Shell)을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질 복합체 제조방법.
[화학식 1]
(R1은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
n1은 0 내지 5 이고,
R2은 할로겐기이고, 및
상기 R1의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)preparing an active material including silicon nanoparticles and an oxide of the silicon nanoparticles on a surface of the silicon nanoparticles as a core;
placing a functional group represented by the following Chemical Formula 1 into the active material, and locating the functional group on the surface of the active material; and
A polycyclic hydrocarbon including five or more aromatic rings is added to the active material in which the functional group is located on the surface, and a shell is formed on the surface of the active material to form a core-shell structure. Including; obtaining a battery active material composite;
The functional group and polycyclic hydrocarbon are combined with each other by π-π-interaction to form a shell (Shell), the active material composite manufacturing method for a secondary battery.
[Formula 1]
(R 1 is each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of heteroaryl groups and combinations thereof,
n 1 is 0 to 5,
R 2 is a halogen group, and
The substituents of R 1 are each independently selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group, a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 활물질은 상기 실리콘 나노입자의 산화물에 하이드록시 그룹(Hydroxy group)을 더 포함하는 것인 이차전지용 활물질 복합체 제조방법.According to claim 1,
The active material is an active material composite manufacturing method for a secondary battery further comprising a hydroxyl group (Hydroxy group) in the oxide of the silicon nanoparticles.
상기 활물질은 표면에 실리콘 나노입자의 산화물과 히드록시 그룹(Hydroxy group)을 포함하여, 상기 기능기와의 수소결합을 통해, 상기 기능기가 활물질 표면에 위치하는 것인 활물질 복합체 제조방법.3. The method of claim 2,
The active material includes an oxide of silicon nanoparticles and a hydroxyl group on the surface, and the functional group is located on the surface of the active material through hydrogen bonding with the functional group.
상기 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소는 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물, 트룩센(truxene) 화합물, 데카사이클렌(decacyclene) 화합물, 안탄트렌(antanthrene) 화합물, 헥사벤조트리페닐렌(hexabenzotriphenylene) 화합물, 1,2,3,4,5,6,7,8-테트라-(페리-나프틸렌)-안트라센(1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(peri-naphthylene)-anthracene) 화합물, 다이벤즈옥타센(dibenzoctacene) 화합물, 테트라벤조헵타센(tetrabenzoheptacene) 화합물, 및 페로피렌(peropyrene) 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 이차전지용 활물질 복합체 제조방법.According to claim 1,
The polycyclic hydrocarbon including 5 or more aromatic rings is a hexabenzocoronene compound, a truxene compound, a decacyclene compound, an antanthrene compound, hexabenzotriphenylene (hexabenzotriphenylene) compound, 1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(ferri-naphthylene)-anthracene (1,2,3,4,5,6,7,8-tetra- (peri-naphthylene)-anthracene) compound, dibenzoctacene compound, tetrabenzoheptacene compound, and peropyrene compound for a secondary battery comprising at least one selected from the group consisting of A method for producing an active material composite.
상기 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물인 것인 이차전지용 활물질 복합체 제조방법.
[화학식 2]
(R1 내지 R4은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
n1 내지 n4은 각각 독립적으로 0 내지 3 이고, 및
상기 R1 내지 R4의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)5. The method of claim 4,
The hexabenzocoronene (hexabenzocoronene) compound is a compound represented by the following formula (2), the active material composite manufacturing method for a secondary battery.
[Formula 2]
(R 1 to R 4 are each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of heteroaryl groups and combinations thereof,
n 1 to n 4 are each independently 0 to 3, and
The substituents of R 1 to R 4 are each independently selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group, a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 쉘(Shell)을 형성시키는 단계에서,
80~120℃의 온도로 열을 가하여 쉘(Shell)을 형성시키는 것인 이차전지용 활물질 복합체 제조방법.According to claim 1,
In the step of forming the shell (Shell),
A method for producing an active material composite for a secondary battery, which is to form a shell by applying heat at a temperature of 80 to 120°C.
상기 코어(Core)-쉘(Shell) 구조를 갖는 활물질 복합체를 탄화시키는 단계;를 더 포함하는 것인 이차전지용 활물질 복합체 제조방법.According to claim 1,
The method for producing an active material composite for a secondary battery further comprising; carbonizing the active material composite having the core-shell structure.
상기 활물질 표면 상에 위치하고 하기 화학식 1로 표현되는 기능기와, 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소를 포함하는 쉘(Shell);을 포함하고,
상기 기능기와 다환형 탄화수소는 π-π-상호작용에 의해 서로 결합되어 쉘(Shell)을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질 복합체.
[화학식 1]
(R1은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
n1은 0 내지 5 이고,
R2은 할로겐기이고, 및
상기 R1의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)a core including silicon nanoparticles, and an active material including an oxide of the silicon nanoparticles on a surface of the silicon nanoparticles; and
A shell (Shell) comprising a polycyclic hydrocarbon located on the surface of the active material and containing a functional group represented by the following Chemical Formula 1, and five or more aromatic rings;
The functional group and polycyclic hydrocarbon are combined with each other by π-π-interaction to form a shell (Shell).
[Formula 1]
(R 1 is each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of heteroaryl groups and combinations thereof,
n 1 is 0 to 5,
R 2 is a halogen group, and
The substituents of R 1 are each independently selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group, a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 활물질은 상기 실리콘 나노입자의 산화물에 하이드록시 그룹(Hydroxy group)을 더 포함하는 것인 이차전지용 활물질 복합체.9. The method of claim 8,
The active material is an active material composite for a secondary battery further comprising a hydroxyl group in the oxide of the silicon nanoparticles.
상기 활물질은 표면에 실리콘 나노입자의 산화물과 히드록시 그룹(Hydroxy group)을 포함하여, 상기 기능기와의 수소결합을 통해, 상기 기능기가 활물질 표면에 위치하는 것인 이차전지용 활물질 복합체.9. The method of claim 8,
The active material includes an oxide of silicon nanoparticles and a hydroxyl group on the surface, and the functional group is positioned on the surface of the active material through hydrogen bonding with the functional group.
상기 방향족 고리 5개 이상을 포함하는 다환형 탄화수소는 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물, 트룩센(truxene) 화합물, 데카사이클렌(decacyclene) 화합물, 안탄트렌(antanthrene) 화합물, 헥사벤조트리페닐렌(hexabenzotriphenylene) 화합물, 1,2,3,4,5,6,7,8-테트라-(페리-나프틸렌)-안트라센(1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(peri-naphthylene)-anthracene) 화합물, 다이벤즈옥타센(dibenzoctacene) 화합물, 테트라벤조헵타센(tetrabenzoheptacene) 화합물, 및 페로피렌(peropyrene) 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 이차전지용 활물질 복합체.9. The method of claim 8,
The polycyclic hydrocarbon including 5 or more aromatic rings is a hexabenzocoronene compound, a truxene compound, a decacyclene compound, an antanthrene compound, hexabenzotriphenylene (hexabenzotriphenylene) compound, 1,2,3,4,5,6,7,8-tetra-(ferri-naphthylene)-anthracene (1,2,3,4,5,6,7,8-tetra- (peri-naphthylene)-anthracene) compound, dibenzoctacene compound, tetrabenzoheptacene compound, and peropyrene compound for a secondary battery comprising at least one selected from the group consisting of active material complex.
상기 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene) 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물인 것인 이차전지용 활물질 복합체.
[화학식 2]
(R1 내지 R4은 각각 독립적으로 할로겐기, 나이트릴기, 니트로기, 아민기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알킬기, 치환 또는 비치환의 C1-C10 알콕시기, 치환 또는 비치환의 아릴기, 치환 또는 비치환의 C5-C14 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
n1 내지 n4은 각각 독립적으로 0 내지 3 이고, 및
상기 R1 내지 R4의 치환기는 각각 독립적으로 할로젠기, 시아노기, 니트로기, C1-C8 알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것임)12. The method of claim 11,
The hexabenzocoronene compound is an active material composite for a secondary battery which is a compound represented by the following Chemical Formula 2.
[Formula 2]
(R 1 to R 4 are each independently a halogen group, a nitrile group, a nitro group, an amine group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted C 5 -C 14 is selected from the group consisting of heteroaryl groups and combinations thereof,
n 1 to n 4 are each independently 0 to 3, and
The substituents of R 1 to R 4 are each independently selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group, a nitro group, a C 1 -C 8 alkyl group, and combinations thereof)
상기 쉘(Shell)은 탄화된 쉘(Shell)인 것인 이차전지용 활물질 복합체.9. The method of claim 8,
The shell is a carbonized shell active material composite for a secondary battery.
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