KR20230023529A - Composite nanoparticle comprising non-carbon nanoparticle and carbonaceous layer thereon, and process of preparing the same - Google Patents

Composite nanoparticle comprising non-carbon nanoparticle and carbonaceous layer thereon, and process of preparing the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to composite nanoparticles containing non-carbon nanoparticles and a carbonized layer, a negative electrode for a lithium secondary battery containing the same, and a manufacturing method thereof. More specifically, according to the manufacturing method of the present invention, a composite nanoparticle material containing the non-carbon nanoparticles and carbonized layer with high residual carbon can be manufactured by coating a surface of a core layer of the non-carbon nanoparticles such as silicon with an acrylonitrile-based polymer layer in which cross-linking molecules are copolymerized through an emulsion drying method, heat-treating the same, forming a cross-linked acrylonitrile-based polymer layer, and then heat-treating the same again at high temperature. A uniform carbon layer on the surface of the non-carbon nanoparticles can suppress side reactions with the electrolyte and maximize the long-term stability of the battery when used as a negative electrode active material.

Description

비탄소계 나노입자 및 탄화층을 포함하는 복합 나노입자, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 음극, 및 이의 제조방법{Composite nanoparticle comprising non-carbon nanoparticle and carbonaceous layer thereon, and process of preparing the same}Composite nanoparticle comprising non-carbon nanoparticle and carbonized layer thereon, and process of preparing the same}

본 발명은 비탄소계 나노입자/탄화층 복합 나노입자, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-carbon-based nanoparticle/carbonized layer composite nanoparticle, a negative electrode for a lithium secondary battery including the same, and a method for manufacturing the same.

충전 및 방전이 가능한 이차전지는 노트북, 디지털 카메라, 휴대폰과 같은 휴대용 전자 기기의 전력 공급원으로 널리 사용되어 왔다. 최근에는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 전력 공급원, 태양광 발전 및 풍력 발전의 간헐성을 해결하고 전력 품질을 향상시키기 위한 전력저장 장치로 크게 주목을 받고 있다. 이에 따라 이차전지와 관련하여 비용 절감, 높은 에너지 밀도, 우수한 사이클링 성능 등에 관한 시장 요구가 지속적으로 증가하고 있어 향상된 전기화학 성능을 가지는 이차전지용 전극 물질을 개발하려는 노력과 연구가 집중되고 있는 실정이다.Secondary batteries that can be charged and discharged have been widely used as power sources for portable electronic devices such as laptop computers, digital cameras, and mobile phones. Recently, it has attracted great attention as a power storage device for solving the intermittence of power supply sources of hybrid vehicles and electric vehicles, solar power generation and wind power generation, and improving power quality. Accordingly, market demands for cost reduction, high energy density, and excellent cycling performance in relation to secondary batteries are continuously increasing, and efforts and research to develop electrode materials for secondary batteries having improved electrochemical performance are being concentrated.

특히 리튬 이온이 양극과 음극을 상호 이동하면서 전기를 생성시키는 원리에 의해 작동하는 이차전지의 일종인 리튬 이온 이차전지에서 실리콘은 이론적 용량의 한계를 갖고 있는 탄소를 대체할 소재로서 주목받고 있는 음극재이다. 리튬 이온 이차전지의 양극 및 음극 활물질에서 이온 상태인 리튬이 삽입과 탈리되고, 이의 가역 반응에 의해 충전 및 방전된다.In particular, in a lithium ion secondary battery, which is a type of secondary battery that operates on the principle that lithium ions generate electricity while moving between the positive and negative electrodes, silicon is attracting attention as a material that can replace carbon, which has a theoretical capacity limit. am. In the cathode and anode active materials of the lithium ion secondary battery, lithium in an ionic state is intercalated and deintercalated, and charged and discharged through reversible reactions thereof.

그러나 실리콘은 충전 및 방전 시 리튬 이온의 탈삽입에 따른 심각한 부피변화로 인해 안정적인 출력성을 확보하는 것이 어려우며, 장기 안정성이 저하되는 문제가 있다. 뿐만 아니라 구조 특성이 변화하고, 이차전지의 급격한 용량감소 현상이 발생하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 실리콘과 탄소의 복합화, 나노튜브 또는 나노와이어 등의 나노구조 형상화 등을 시도하여 전극의 장기 사이클 안정성은 향상시켰으나, 우수한 출력 특성을 확보하는 것이 여전히 어려운 문제가 있다.However, silicon has a problem in that it is difficult to secure stable output performance due to serious volume change due to the insertion and removal of lithium ions during charging and discharging, and long-term stability is lowered. In addition, there is a problem in that structural characteristics change and a rapid capacity reduction phenomenon of the secondary battery occurs. In order to solve this problem, long-term cycle stability of the electrode has been improved by attempting a composite of silicon and carbon, shaping of nanostructures such as nanotubes or nanowires, but there is still a difficult problem in securing excellent output characteristics.

1. 한국 공개특허 제10-2018-0001518호1. Korean Patent Publication No. 10-2018-0001518 2. 한국 공개특허 제10-2014-0147414호2. Korean Patent Publication No. 10-2014-0147414 3. 한국 공개특허 제10-2014-0033515호3. Korean Patent Publication No. 10-2014-0033515 4. 한국 공개특허 제10-2015-0141154호4. Korean Patent Publication No. 10-2015-0141154

상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 리튬 이온의 탈삽입에 따른 부피 팽창을 방지하고 향상된 전기전도성을 가지는 비탄소계 나노입자/탄화층 복합 나노입자의 제공을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide non-carbon-based nanoparticles/carbonized layer composite nanoparticles that prevent volume expansion due to deintercalation of lithium ions and have improved electrical conductivity.

또한 본 발명은 비탄소계 나노입자 코어층 상에 고분자층 및 가교결합층을 포함하는 고분자 쉘층이 형성시킨 후 이를 탄화시켜 비탄소계 나노입자/탄화층을 포함하는 복합 나노입자를 제조하는 방법의 제공을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a method for preparing composite nanoparticles including non-carbonaceous nanoparticles/carbonized layers by forming a polymer shell layer including a polymer layer and a crosslinking layer on a core layer of non-carbonaceous nanoparticles and then carbonizing the polymer shell layer. The purpose.

또한 본 발명은 본 발명의 여러 구현예에 따른 복합 나노입자를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 활물질, 이를 포함하는 음극, 이를 포함하는 리튬 이차전지 등의 제공을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery including composite nanoparticles according to various embodiments of the present invention, a negative electrode including the same, and a lithium secondary battery including the same.

본 발명의 일 측면은 (A) 주쇄에 니트릴기(또는 시아노기, -CN) 및 상기 니트릴기와 가교결합 가능한 가교결합성 관능기를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 비탄소계 나노입자의 표면에 형성시켜 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자층이 있는 비탄소계 나노입자를 수득하는 단계, (B) 상기 니트릴기와 상기 가교결합성 관능기 사이에 가교결합을 수행하여 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 가교결합시켜 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자를 수득하는 단계, (C) 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자를 탄화시켜 표면에 탄화층이 있는 비탄소계 나노입자를 포함하는 복합 나노입자를 수득하는 단계를 포함하는 복합 나노소재의 제조방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention is (A) a polyacrylonitrile-based polymer layer containing a nitrile group (or cyano group, -CN) in the main chain and a cross-linkable functional group capable of cross-linking with the nitrile group on the surface of non-carbon-based nanoparticles Forming to obtain non-carbon-based nanoparticles having a polyacrylonitrile-based polymer layer on the surface, (B) performing cross-linking between the nitrile group and the cross-linkable functional group to cross-link the polyacrylonitrile-based polymer layer Obtaining non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface by combining, (C) carbonizing the non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface It relates to a method for producing a composite nanomaterial comprising obtaining composite nanoparticles including non-carbonaceous nanoparticles having a carbonized layer.

본 발명의 다른 측면은 비탄소계 나노입자 코어층; 및 상기 비탄소계 나노입자 코어층의 외표면에 형성된 탄화층을 포함하는 복합 나노입자로서, 상기 탄화층은 주쇄에 니트릴기(또는 시아노기, -CN) 및 상기 니트릴기와 가교결합 가능한 가교결합성 관능기를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 상기 비탄소계 나노입자의 표면에 형성시키고, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 가교결합시킨 후, 상기 가교결합된 폴리아크릴로니트릴계 고분자를 탄화시켜 수득되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is a non-carbon-based nanoparticle core layer; And a composite nanoparticle comprising a carbonized layer formed on an outer surface of the non-carbonaceous nanoparticle core layer, wherein the carbonized layer has a nitrile group (or cyano group, -CN) in a main chain and a crosslinkable functional group capable of crosslinking with the nitrile group Obtained by forming a polyacrylonitrile-based polymer layer containing a on the surface of the non-carbon-based nanoparticles, cross-linking the polyacrylonitrile-based polymer layer, and then carbonizing the cross-linked polyacrylonitrile-based polymer. It relates to composite nanoparticles, characterized in that.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 복합 나노입자를 포함하는 음극 활물질, 음극, 리튬 이차전지, 및 이를 포함하는 통신장치, 운송장치, 에너지 저장 장치 등에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an anode active material, an anode, a lithium secondary battery, and a communication device, a transportation device, an energy storage device, and the like including the composite nanoparticles according to various embodiments of the present invention.

본 발명에 따라 비탄소 나노입자 표면에 가교 결합된 고분자 쉘층을 형성시키고 이를 탄화시켜 나노입자/탄화층 복합 나노입자를 제조함으로써 리튬 이온의 탈삽입에 따른 부피 팽창을 방지하고 향상된 전기전도성을 가질 수 있다. 또한 전해질과의 친화력이 우수하여 이를 음극 활물질로 적용 시 전지의 출력 특성 및 장기 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by forming a cross-linked polymer shell layer on the surface of non-carbon nanoparticles and carbonizing it to prepare nanoparticle/carbonized layer composite nanoparticles, volume expansion due to intercalation and deintercalation of lithium ions can be prevented and electrical conductivity can be improved. there is. In addition, since it has excellent affinity with an electrolyte, when applied as an anode active material, the output characteristics and long-term stability of a battery can be remarkably improved.

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 effects mentioned above. 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 발명의 실시예 1에 따른 복합 나노입자의 제조과정에 사용되는 실리콘/고분자 복합 나노입자의 제조방법을 계략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 복합 나노입자의 제조과정에 사용되는 실리콘/고분자 복합 나노입자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 복합 나노입자의 제조과정에 사용되는 실리콘/고분자 복합 나노입자에 대하여 가교결합층 형성 여부에 따른 충방전 사이클 후 전극 안정성을 계략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 복합 나노입자의 제조과정에 사용되는 실리콘/고분자 복합 나노입자의 TEM(a,b,c) 및 EDS(c, d, e) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 사용된 PANVDA 고분자의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 실리콘/고분자 복합 나노입자를 적용한 리튬 이차전지에 대하여 충방전 전압 프로파일(a), C-rate값(0.2 내지 100 C)의 변화에 따른 방전용량(b) 및 싸이클 수에 따른 방전용량(c)을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
1 is a process diagram schematically illustrating a method of manufacturing silicon/polymer composite nanoparticles used in the manufacturing process of composite nanoparticles according to Example 1 of the present invention.
Figure 2 is a view showing the structure of the silicon / polymer composite nanoparticles used in the manufacturing process of the composite nanoparticles of the present invention.
3 schematically shows electrode stability after charge/discharge cycles depending on whether a crosslinking layer is formed for the silicon/polymer composite nanoparticles used in the manufacturing process of the composite nanoparticles of the present invention.
Figure 4 shows the results of TEM (a, b, c) and EDS (c, d, e) analysis of silicon / polymer composite nanoparticles used in the manufacturing process of composite nanoparticles prepared in Example 1 of the present invention .
5 shows the results of FT-IR analysis of the PANVDA polymer used in Example 1 of the present invention.
6 is a charge/discharge voltage profile (a) and discharge according to a change in C-rate value (0.2 to 100 C) for a lithium secondary battery to which silicon/polymer composite nanoparticles prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention are applied. It shows the result of measuring the capacity (b) and the discharge capacity (c) according to the number of cycles.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail as an embodiment.

본 발명의 일 측면은 (A) 주쇄에 니트릴기(또는 시아노기, -CN) 및 상기 니트릴기와 가교결합 가능한 가교결합성 관능기를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 비탄소계 나노입자의 표면에 형성시켜 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자층이 있는 비탄소계 나노입자를 수득하는 단계, (B) 상기 니트릴기와 상기 가교결합성 관능기 사이에 가교결합을 수행하여 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 가교결합시켜 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자를 수득하는 단계, (C) 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자를 탄화시켜 표면에 탄화층이 있는 비탄소계 나노입자를 포함하는 복합 나노입자를 수득하는 단계를 포함하는 복합 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention is (A) a polyacrylonitrile-based polymer layer containing a nitrile group (or cyano group, -CN) in the main chain and a cross-linkable functional group capable of cross-linking with the nitrile group on the surface of non-carbon-based nanoparticles Forming to obtain non-carbon-based nanoparticles having a polyacrylonitrile-based polymer layer on the surface, (B) performing cross-linking between the nitrile group and the cross-linkable functional group to cross-link the polyacrylonitrile-based polymer layer Obtaining non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface by combining, (C) carbonizing the non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface It relates to a method for producing composite nanoparticles comprising the step of obtaining composite nanoparticles including non-carbonaceous nanoparticles having a carbonized layer.

앞서 설명한 바와 같이, 실리콘은 충전 및 방전 시 리튬 이온의 탈삽입에 따른 심각한 부피 변화로 인해 안정적인 출력성을 확보하는 것이 어려운 문제가 있다. 또한 장기 안정성이 좋지 않으며, 구조 특성이 변화하고 급격한 용량 감소 현상이 발생하는 문제가 여전히 해결하여야 할 과제로 남아 있었다.As described above, silicon has a problem in that it is difficult to secure stable output performance due to serious volume change due to intercalation and deintercalation of lithium ions during charging and discharging. In addition, problems such as poor long-term stability, structural characteristics change, and rapid capacity reduction are still problems to be solved.

이에 본 발명에서는 비탄소 나노입자 표면에 가교 결합된 고분자 쉘층을 형성하고 이를 탄화시켜 비탄소 나노입자 및 탄화층을 포함하는 복합 나노입자를 제조함으로써 리튬이온의 탈삽입에 따른 부피 팽창을 방지하고 향상된 전기전도성을 가질 수 있다. 또한 전해질과의 친화력이 우수하여 이를 음극 활물질로 적용 시 전지의 출력 특성 및 장기 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 비탄소 나노입자로는 실리콘 나노입자 또는 실리카 나노입자를 사용할 수 있다.Accordingly, in the present invention, by forming a cross-linked polymer shell layer on the surface of non-carbon nanoparticles and carbonizing it to prepare composite nanoparticles including non-carbon nanoparticles and a carbonized layer, volume expansion due to deintercalation of lithium ions is prevented and improved It may have electrical conductivity. In addition, since it has excellent affinity with an electrolyte, when applied as an anode active material, the output characteristics and long-term stability of a battery can be remarkably improved. In this case, silicon nanoparticles or silica nanoparticles may be used as the non-carbon nanoparticles.

일 구현예에 있어서, 상기 가교결합성 관능기는 아지드기(-N3), 아크릴산, 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴레이트 및 이들 2종 이상의 조합 중에서 선택된다.In one embodiment, the cross-linkable functional group is selected from an azide group (—N 3 ), acrylic acid, acrylate, methacrylic acid, methacrylate, and combinations of two or more thereof.

본 발명에 있어서, 2종 이상의 가교결합성 관능기의 '조합'이란 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 주쇄에 상기 가교결합성 관능기가 2종 이상 도입되어, 이들 중 어느 하나 또는 이들 모두 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 주쇄에 존재하는 니트릴기와 가교결합에 참여할 수 있다는 의미이다.In the present invention, 'combination' of two or more cross-linkable functional groups means that two or more cross-linkable functional groups are introduced into the main chain of a polyacrylonitrile-based polymer, and any one or both of them are polyacrylonitrile-based. This means that it can participate in cross-linking with nitrile groups present in the main chain of the polymer.

또한, 가교결합은 하나의 폴리아크릴로니트릴계 고분자와 인접한 다른 하나의 폴리아크릴로니트릴계 고분자 사이에서 이루어질 수도 있고, 충분히 거리가 떨어져 하나의 폴리아크릴로니트릴계 고분자 내에 존재하는 니트릴기와 가교결합성 관능기 사이에도 일어날 수 있다.In addition, the cross-linking may be performed between one polyacrylonitrile-based polymer and another adjacent polyacrylonitrile-based polymer, and the cross-linking property with a nitrile group present in one polyacrylonitrile-based polymer at a sufficient distance. It can also occur between functional groups.

다른 구현예에 있어서, 상기 가교결합성 관능기는 아지드기이고, 상기 가교결합층은 상기 니트릴기와 상기 아지드기의 고리첨가 반응에 의해 이루어진다.In another embodiment, the cross-linkable functional group is an azide group, and the cross-linking layer is formed by a cycloaddition reaction between the nitrile group and the azide group.

이와 같이 바람직하게는, 상기 가교결합성 관능기가 아지드기이고, 니트릴기와 상기 아지드기 사이의 니트릴-아지드 고리첨가 반응을 통해 가교결합이 이루어질 수 있다.As such, preferably, the cross-linkable functional group is an azide group, and cross-linking may be achieved through a nitrile-azide cycloaddition reaction between the nitrile group and the azide group.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴아지드, 폴리(아크릴로니트릴-co-메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-co-메타크릴산), 폴리(아크릴로니트릴-co-메틸아크릴로니트릴), 폴리(아크릴로니트릴-코메타크릴산 리튬), 및 이들 2종 이상의 조합 중에서 선택된다.In another embodiment, the polyacrylonitrile-based polymer is polyacrylonitrile- co -vinylidene azide, poly(acrylonitrile- co -methylmethacrylate), poly(acrylonitrile- co -methacrylate) acrylic acid), poly(acrylonitrile- co -methylacrylonitrile), poly(acrylonitrile-comethacrylate), and combinations of two or more thereof.

본 발명에 있어서, 2종 이상의 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 '조합'이란 이들 고분자 2종 이상의 혼합물 또는 블렌드를 의미할 수도 있고, 이들 고분자 2종 이상이 이루는 공중합체일 수도 있다.In the present invention, the 'combination' of two or more types of polyacrylonitrile-based polymers may mean a mixture or blend of two or more types of these polymers, or may be a copolymer formed by two or more types of these polymers.

본 발명에서 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 비탄소계 나노입자와 결합력이 우수하면서 동시에 전해질과도 친화력이 좋기 때문에 전지의 충방전 특성 및 장기 사이클 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다는 장점을 발휘한다.In the present invention, the polyacrylonitrile-based polymer has excellent bonding strength with non-carbon-based nanoparticles and at the same time has good affinity with electrolytes, so it exhibits the advantage of significantly improving the charge/discharge characteristics and long-term cycle stability of the battery.

본 발명에서 사용 가능한 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 구체적인 예에는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴아지드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-co-메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-co-메타크릴산), 폴리(아크릴로니트릴-co-메틸아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-코메타크릴산 리튬) 및 이들 2종 이상의 조합을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Specific examples of the polyacrylonitrile-based polymer usable in the present invention include polyacrylonitrile- co -vinylidene azide, polyacrylonitrile, poly(acrylonitrile- co -methylmethacrylate), poly(acrylo nitrile- co -methacrylic acid), poly(acrylonitrile- co -methylacrylonitrile, poly(acrylonitrile-comethacrylate), and combinations of two or more thereof.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴아지드이다.In another embodiment, the polyacrylonitrile-based polymer is polyacrylonitrile- co -vinylidene azide.

더욱 바람직하게는 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 니트릴기와 아지드기가 주쇄에 랜덤하게 존재하는 폴리아크릴로니트릴계 랜덤 공중합체일 수 있으며, 가장 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴 아지드(PANVDA)를 사용할 수 있다.More preferably, the polyacrylonitrile-based polymer may be a polyacrylonitrile-based random copolymer in which a nitrile group and an azide group are randomly present in the main chain, and most preferably, polyacrylonitrile represented by the following formula (1)- co -vinylidene azide (PANVDA) can be used.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 화학식 1에서, n 및 m은 각 반복단위의 반복수로서 n은 60 내지 110, 바람직하게는 70 내지 100, 더욱 바람직하게는 80 내지 90의 정수이고, m은 1 내지 30, 바람직하게는 5 내지 20, 더욱 바람직하게는 12 내지 17의 정수이다.)(In Formula 1, n and m are the repeating numbers of each repeating unit, where n is an integer of 60 to 110, preferably 70 to 100, more preferably 80 to 90, and m is 1 to 30, preferably It is an integer of 5 to 20, more preferably 12 to 17.)

또 다른 구현예에 있어서, 상기 비탄소 나노입자는 실리콘(Si) 나노입자, 실리카(SiO2) 나노입자, 실리콘 질화물(SiN) 나노입자, 실리콘 산화물(SiOx) 나노입자, 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택된다.In another embodiment, the non-carbon nanoparticles are silicon (Si) nanoparticles, silica (SiO 2 ) nanoparticles, silicon nitride (SiN) nanoparticles, silicon oxide (SiO x ) nanoparticles, and two or more kinds thereof. selected from mixtures.

본 발명에 있어서, 비탄소 '나노'입자는 입경이 나노 크기에 국한되지 않으며 마이크론 크기까지까지 확장이 가능하다.In the present invention, the particle size of the non-carbon 'nano' particles is not limited to the nano size and can be extended to the micron size.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 비탄소계 나노입자는 평균 입자크기가 10 nm 내지 2,000 nm이다.In another embodiment, the non-carbonaceous nanoparticles have an average particle size of 10 nm to 2,000 nm.

즉, 상기 비탄소계 나노입자는 평균 입자 크기가 10 내지 2,000 nm, 바람직하게는 50 내지 200 nm, 더욱 바람직하게는 50 내지 100 nm, 가장 바람직하게는 50 내지 80 nm일 수 있다. 이때, 상기 비탄소계 나노입자의 평균 입자 크기가 10 nm 미만이면 비탄소계 나노입자 표면에 고분자층이 형성되기 전에 비탄소계 나노입자들끼리 응집되어 전기 화학적 성능이 저하될 수 있고, 반대로 2,000 nm 초과이면 비탄소계 나노입자의 성능 저하로 인하여 전극 안정성이 떨어질 수 있다.That is, the non-carbonaceous nanoparticles may have an average particle size of 10 to 2,000 nm, preferably 50 to 200 nm, more preferably 50 to 100 nm, and most preferably 50 to 80 nm. At this time, if the average particle size of the non-carbon-based nanoparticles is less than 10 nm, electrochemical performance may deteriorate due to aggregation of the non-carbon-based nanoparticles before a polymer layer is formed on the surface of the non-carbon-based nanoparticles. Electrode stability may deteriorate due to performance degradation of the non-carbon-based nanoparticles.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자는 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층과 상기 비탄소 나노입자를 5:95 내지 50:50의 중량비로 포함한다.In another embodiment, the non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of a polyacrylonitrile-based polymer on the surface are prepared by mixing the cross-linked layer of the polyacrylonitrile-based polymer and the non-carbon nanoparticles in a ratio of 5:95 to 50 :50 by weight.

즉, 상기 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자는 상기 비탄소 나노입자와 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층을 50:50 내지 95:5 중량비, 바람직하게는 60:40 내지 90:10 중량비, 더욱 바람직하게는 66.6:33.4 내지 70:30 중량비, 가장 바람직하게는 66.6:33.4 중량비로 포함할 수 있다. 특히, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층의 함량이 50 중량비 미만이면 상기 비탄소계 나노입자의 표면 상에 적정 두께의 고분자층이 제대로 형성되지 않을 수 있고, 반대로 5 중량비 초과이면 고분자층이 과도하게 형성되어, 결과적으로 탄화 과정을 거친 후 실리콘 음극의 출력 특성이 저하될 수 있다.That is, the non-carbon nanoparticles having the cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface have the non-carbon nanoparticle and the cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer in a weight ratio of 50:50 to 95:5, preferably Preferably, it may be included in a weight ratio of 60:40 to 90:10, more preferably 66.6:33.4 to 70:30 weight ratio, and most preferably 66.6:33.4 weight ratio. In particular, if the content of the crosslinking layer of the polyacrylonitrile-based polymer is less than 50 weight ratio, a polymer layer having an appropriate thickness may not be properly formed on the surface of the non-carbonaceous nanoparticles, and conversely, if the content exceeds 5 weight ratio, the polymer layer is formed. As a result, output characteristics of the silicon anode may be deteriorated after the carbonization process.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 (A) 단계는 상기 비탄소계 나노입자, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자, 계면활성제, 및 분산매를 포함하는 분산 용액을 제조한 후, 상기 분산매를 제거함으로써 수행될 수 있다.In another embodiment, step (A) may be performed by preparing a dispersion solution including the non-carbonaceous nanoparticles, the polyacrylonitrile-based polymer, a surfactant, and a dispersion medium, and then removing the dispersion medium. there is.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 트리블록 공중합체, 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌글리콜-에틸렌글리콜 블록 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록 공중합체, 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택된다.In another embodiment, the surfactant is polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide triblock copolymer, polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer, propylene glycol-ethylene glycol block copolymer, polyethylene oxide-polypropylene oxide block copolymers, and mixtures of two or more thereof.

본 발명에서 상기 계면활성제는 상기 비탄소계 나노입자가 서로 응집되는 것을 방지하고, 상기 비탄소계 나노입자의 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자층이 균일한 두께로 고르게 형성될 수 있도록 코팅 효율을 극대화하기 위해 혼합될 수 있다.In the present invention, the surfactant prevents the non-carbon-based nanoparticles from aggregating with each other and maximizes coating efficiency so that a polyacrylonitrile-based polymer layer can be evenly formed with a uniform thickness on the surface of the non-carbon-based nanoparticles. can be mixed for

본 발명에서 사용 가능한 계면활성제의 구체적인 예에는 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 트리블록 공중합체, 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌글리콜-에틸렌글리콜 블록 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록 공중합체, 및 이들 2종 이상의 혼합물을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Specific examples of the surfactant usable in the present invention include polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide triblock copolymer, polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer, propylene glycol-ethylene glycol block copolymer, polyethylene oxide-polypropylene oxide block copolymers, and mixtures of two or more thereof, but are not limited thereto.

바람직하게는 상기 계면활성제로 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 트리블록 공중합체를 사용할 수 있다.Preferably, a polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide triblock copolymer may be used as the surfactant.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 분산 용액의 제조는 상기 비탄소계 나노입자, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자, 상기 계면활성제, 및 상기 분산매를 포함하는 용액을 9,000 내지 15,000 rpm의 속도로 30 초 내지 30 분 동안 교반함으로써 수행될 수 있다.In another embodiment, the preparation of the dispersion solution is performed by dissolving a solution containing the non-carbonaceous nanoparticles, the polyacrylonitrile-based polymer, the surfactant, and the dispersion medium at a speed of 9,000 to 15,000 rpm for 30 seconds to 30 minutes. stirring for a minute.

더욱 상세하게는, 이와 같은 분산 용액의 제조는 9,000 내지 15,000 rpm의 속도로 30 초 내지 30 분, 바람직하게는 11,000 내지 13,000 rpm에서 30 초 내지 2 분, 가장 바람직하게는 12,000 rpm에서 1 분 동안 교반할 수 있다. 이때, 상기 회전 속도 및 시간 조건을 모두 만족하지 않는 경우 비탄소계 나노입자들끼리 서로 응집되어 균일한 분산이 어려울 수 있다.More specifically, the preparation of such a dispersion solution is stirred for 30 seconds to 30 minutes at a speed of 9,000 to 15,000 rpm, preferably for 30 seconds to 2 minutes at 11,000 to 13,000 rpm, and most preferably for 1 minute at 12,000 rpm. can do. At this time, when both the rotation speed and time conditions are not satisfied, it may be difficult to uniformly disperse the non-carbon-based nanoparticles due to aggregation with each other.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 (B) 단계는 110 내지 150 ℃에서 30 분 내지 6 시간 동안 열처리를 진행함으로써 수행될 수 있다.In another embodiment, step (B) may be performed by heat treatment at 110 to 150 °C for 30 minutes to 6 hours.

즉, 상기 (B) 단계는 110 내지 150 ℃에서 30 분 내지 6 시간 동안 열처리를 진행함으로써 수행될 수 있다. 바람직하게는 120 내지 140 ℃에서 60 분 내지 3 시간 동안 수행할 수 있고, 가장 바람직하게는 130 ℃에서 2 시간 동안 수행할 수 있다. 이때, 상기 열처리 온도가 110 ℃ 미만이거나, 열처리 시간이 30 분 미만이면 가교 결합이 충분히 일어나지 않아, 상기 고분자층 표면 상에 가교결합층이 제대로 형성되지 않을 수 있다. 반대로 상기 열처리 온도가 150 ℃ 초과이거나, 열처리 시간이 6 시간 초과이면 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층까지 가교 결합이 과도하게 이루어져 리튬 이온의 탈삽입에 의해 비탄소계 나노입자의 부피 팽창이 발생할 수 있다.That is, the step (B) may be performed by heat treatment at 110 to 150 ° C. for 30 minutes to 6 hours. Preferably, it can be carried out at 120 to 140 ° C. for 60 minutes to 3 hours, and most preferably at 130 ° C. for 2 hours. At this time, if the heat treatment temperature is less than 110 °C or the heat treatment time is less than 30 minutes, crosslinking may not sufficiently occur, and thus a crosslinked layer may not be properly formed on the surface of the polymer layer. Conversely, if the heat treatment temperature exceeds 150 ° C or the heat treatment time exceeds 6 hours, excessive cross-linking occurs to the polyacrylonitrile-based polymer layer, and thus, volume expansion of the non-carbon-based nanoparticles may occur due to the deintercalation of lithium ions. .

또 다른 구현예에 있어서, 상기 (C) 단계는 500 내지 1,000 ℃ 온도에서 0.5 내지 6 시간 동안 열처리를 진행함으로써 수행된다.In another embodiment, step (C) is performed by heat treatment at a temperature of 500 to 1,000 ° C for 0.5 to 6 hours.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 복합 나노입자의 제조방법에 있어서, 하기 조건들을 달리하여 제조된 복합 나노입자를 실리콘 음극에 적용한 후 300 ℃에서 1,000회 충방전을 실시하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the method for producing composite nanoparticles according to the present invention, after applying the composite nanoparticles prepared under different conditions to a silicon negative electrode, 1,000 °C at 300 ° C. Ash charge/discharge was performed.

그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건을 모두 만족하였을 때 기존의 실리콘 음극과는 달리 고온에서 500회 충방전 사이클 이후에도 충방전 용량이 1,500 mAh/g 이상으로 높게 유지하였으며, 고온에서의 열 안정성이 우수한 것을 알 수 있었다.As a result, unlike the other conditions and other numerical ranges, when all of the following conditions were satisfied, the charge/discharge capacity was maintained as high as 1,500 mAh/g or more even after 500 charge/discharge cycles at high temperatures, unlike conventional silicon negative electrodes. It was found that the thermal stability of was excellent.

① 상기 비탄소계 나노입자는 실리콘 나노입자,① The non-carbon-based nanoparticles are silicon nanoparticles,

② 상기 비탄소계 나노입자의 평균 입자크기는 50 내지 80 nm,② The average particle size of the non-carbonaceous nanoparticles is 50 to 80 nm,

③ 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴 아지드,③ The polyacrylonitrile-based polymer is polyacrylonitrile- co -vinylidene azide,

④ 상기 계면활성제는 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 트리블록 공중합체,④ The surfactant is a polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide triblock copolymer,

⑤ 상기 분산 용액의 제조는 11,000 내지 13,000 rpm에서 30 초 내지 2 분 동안 교반하여 수행,⑤ Preparation of the dispersion solution is performed by stirring at 11,000 to 13,000 rpm for 30 seconds to 2 minutes,

⑥ 상기 (B) 단계는 120 내지 140 ℃에서 60 분 내지 3 시간 동안 열처리를 진행하여 수행,⑥ Step (B) is performed by heat treatment at 120 to 140 ° C. for 60 minutes to 3 hours,

⑦ 상기 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자는 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층과 상기 비탄소 나노입자를 33:67 내지 30:70의 중량비로 포함.⑦ Non-carbon nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface include the cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer and the non-carbon nanoparticles in a weight ratio of 33:67 to 30:70 .

다만, 상기 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 고온에서 장시간 충방전이 지속되지 못하였고, 700회 충방전 사이클 이후부터는 전지 용량이 급격하게 저하될 수 있고, 전지의 출력특성 및 안정성이 크게 저하될 수 있음을 확인하였다.However, if any of the above conditions are not satisfied, charging and discharging cannot be continued for a long time at high temperatures, and after 700 charge/discharge cycles, the battery capacity may rapidly decrease, and the output characteristics and stability of the battery may be greatly reduced. confirmed that it could be.

본 발명의 다른 측면은 비탄소계 나노입자 코어층; 및 상기 비탄소계 나노입자 코어층의 외표면에 형성된 탄화층을 포함하는 복합 나노입자로서, 상기 탄화층은 주쇄에 니트릴기(또는 시아노기, -CN) 및 상기 니트릴기와 가교결합 가능한 가교결합성 관능기를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 상기 비탄소계 나노입자의 표면에 형성시키고, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 가교결합시킨 후, 상기 가교결합된 폴리아크릴로니트릴계 고분자를 탄화시켜 수득되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is a non-carbon-based nanoparticle core layer; And a composite nanoparticle comprising a carbonized layer formed on an outer surface of the non-carbonaceous nanoparticle core layer, wherein the carbonized layer has a nitrile group (or cyano group, -CN) in a main chain and a crosslinkable functional group capable of crosslinking with the nitrile group Obtained by forming a polyacrylonitrile-based polymer layer containing a on the surface of the non-carbon-based nanoparticles, cross-linking the polyacrylonitrile-based polymer layer, and then carbonizing the cross-linked polyacrylonitrile-based polymer. It relates to composite nanoparticles, characterized in that.

일 구현예에 있어서, 상기 비탄소계 나노입자는 평균 입자크기가 10 nm 내지 2,000 nm이고, 상기 탄화층의 두께는 1 내지 100 nm이다.In one embodiment, the non-carbonaceous nanoparticles have an average particle size of 10 nm to 2,000 nm, and the thickness of the carbonized layer is 1 to 100 nm.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 복합 나노입자를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 활물질, 리튬 이차전지용 음극, 리튬 이차전지에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery, a negative electrode for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery including composite nanoparticles according to various embodiments of the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 리튬 이차전지를 포함하는 통신장치, 운송장치 및 에너지 저장 장치 등에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a communication device, a transportation device, an energy storage device, and the like including a lithium secondary battery according to various embodiments of the present invention.

실시예Example

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1: Si@PANVDAC를 활용한 600 ℃ 열처리 기반 탄화 복합 나노입자 소재 제조Example 1: Preparation of carbonized composite nanoparticle material based on 600 ℃ heat treatment using Si@PANVDAC

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

(m = 15, n = 85)(m = 15, n = 85)

(1) 실리콘 나노입자 표면에 고분자층을 형성(1) Forming a polymer layer on the surface of silicon nanoparticles

0.2 g의 실리콘 나노입자를 10 g의 톨루엔에 분산시켜 실리콘 나노입자 분산액을 제조하고, 0.1 g의 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴 아지드(PANVDA)를 10 g의 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시켜 폴리아크릴로니트릴계 고분자 용액을 제조하였으며, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 트리블록 공중합체를 200 mL의 포름아미드에 용해시켜 계면활성제 용액을 제조하였다.Silicon nanoparticle dispersion was prepared by dispersing 0.2 g of silicon nanoparticles in 10 g of toluene, and 0.1 g of polyacrylonitrile- co -vinylidene azide (PANVDA) was dissolved in 10 g of dimethylformamide (DMF). A polyacrylonitrile-based polymer solution was prepared by dissolving, and a surfactant solution was prepared by dissolving the polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide triblock copolymer in 200 mL of formamide.

상기 실리콘 나노입자 분산액 5 중량%, 상기 고분자 용액 5 중량%, 및 상기 계면활성제 용액 90 중량%를 투입한 후, 12,000 rpm으로 1 분 동안 교반하여 분산 용액을 제조하고 나서, 80 ℃에서 24 시간 동안 교반함으로써 분산되어 있는 실리콘 나노입자 내 톨루엔과 디메틸포름아미드를 제거하였다.After adding 5% by weight of the silicon nanoparticle dispersion, 5% by weight of the polymer solution, and 90% by weight of the surfactant solution, stirring at 12,000 rpm for 1 minute to prepare a dispersion solution, and then at 80 ° C. for 24 hours. Toluene and dimethylformamide in the dispersed silicon nanoparticles were removed by stirring.

이렇게 톨루엔과 디메틸포름아미드가 제거된 분산 용액을 12,000 rpm으로 30 분 동안 원심분리하고 나서, 12,000 rpm에서 15 분 동안 에탄올로 3번 세척하여 실리콘 나노입자 표면에 PANVDA 고분자층을 형성하였다.The dispersion solution from which toluene and dimethylformamide were removed was centrifuged at 12,000 rpm for 30 minutes, and then washed three times with ethanol at 12,000 rpm for 15 minutes to form a PANVDA polymer layer on the surface of the silicon nanoparticles.

(2) PANVDAC 가교결합층 형성(2) Formation of PANVDAC crosslinking layer

그 다음 PANVDA 고분자층이 형성된 실리콘 나노입자를 130 ℃에서 2 시간 동안 열처리하여, 상기 반응식 1과 같이 어느 하나의 PANVDA 고분자층 표면에 존재하는 니트릴기와 다른 하나의 PANVDA 고분자층 표면에 존재하는 아지드기가 니트릴 아지드 고리첨가 반응에 의해 가교 결합되어 PANVDAC 가교결합층이 형성된 실리콘/고분자 복합 나노입자를 수득하였다.Then, the silicon nanoparticles on which the PANVDA polymer layer is formed are heat-treated at 130 ° C. for 2 hours, so that the nitrile group present on the surface of one PANVDA polymer layer and the azide group present on the surface of the other PANVDA polymer layer as shown in Scheme 1 above Silicon/polymer composite nanoparticles having a PANVDAC crosslinking layer formed thereon were obtained by crosslinking by nitrile azide cycloaddition.

(3) PANVDAC 가교결합층의 탄화(3) Carbonization of PANVDAC crosslinking layer

위에서 제조한 PANVDAC 가교결합층이 형성된 실리콘/고분자 복합 나노입자를 600 ℃로 질소 분위기에서 열처리함으로써 탄화시켜 실리칸/탄소 복합 나노입자 소재를 제조하였다.The silicon/polymer composite nanoparticles having the PANVDAC crosslinking layer prepared above were carbonized by heat treatment at 600° C. in a nitrogen atmosphere to prepare a silicon/carbon composite nanoparticle material.

실시예 2: Si@PANVDAC를 활용한 700 ℃ 열처리 기반탄화 복합 나노입자 소재 제조Example 2: Preparation of carbonized composite nanoparticle material based on 700 ° C heat treatment using Si@PANVDAC

600 ℃ 대신에 700 ℃에서 열치리하여 탄화시키는 것을 제외하고는, 위 실시예 1과 동일하게 실리칸/탄소 복합 나노입자 소재를 제조하였다.A silica/carbon composite nanoparticle material was prepared in the same manner as in Example 1 above, except that carbonization was performed by heat treatment at 700 °C instead of 600 °C.

비교예 1: Si@PAN 를 활용한 600 ℃ 열처리 기반 탄화 복합 나노입자 소재Comparative Example 1: Carbonized composite nanoparticle material based on 600 ℃ heat treatment using Si@PAN

폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴 아지드(PANVDA)을 사용하여 실리콘 나노입자에 PANVDA 고분자층을 형성하고 이를 가교결합시키는 대신에, 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 사용하여 실리콘 나노입자에 PAN 고분자층을 형성하는 것을 제외하고는, 위 실시예 1의 (1)에 기재된 방법과 동일하게 실험을 수행하였다.Instead of forming a PANVDA polymer layer on silicon nanoparticles using polyacrylonitrile- co -vinylidene azide (PANVDA) and cross-linking it, polyacrylonitrile (PAN) was used to form a PAN polymer layer on silicon nanoparticles. Except for forming the layer, the experiment was performed in the same manner as described in (1) of Example 1 above.

이렇게 제조한 PAN 고분자층이 형성된 실리콘/고분자 나노입자를 600 ℃로 질소 분위기에서 열처리함으로써 탄화시켜 실리칸/탄소 복합 나노입자 소재를 제조하였다.Silicon/polymer nanoparticles having a PAN polymer layer thus prepared were carbonized by heat treatment at 600° C. in a nitrogen atmosphere to prepare a silicon/carbon composite nanoparticle material.

비교예 2: Si@PAN를 활용한 700 ℃ 열처리 기반 탄화 복합 나노입자 소재 제조Comparative Example 2: Preparation of carbonized composite nanoparticle material based on 700 ℃ heat treatment using Si@PAN

600 ℃ 대신에 700 ℃에서 열치리하여 탄화시키는 것을 제외하고는, 위 비교예 1과 동일하게 실리칸/탄소 복합 나노입자 소재를 제조하였다.A silica/carbon composite nanoparticle material was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 above, except that carbonization was performed by heat treatment at 700 °C instead of 600 °C.

비교예 3: Si@PANVDAC 복합 나노입자 소재 제조Comparative Example 3: Preparation of Si@PANVDAC composite nanoparticle material

위 실시예 1에서 "(3) PANVDAC 가교결합층의 탄화" 과정을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실험을 수행하여, 실리콘 나노입자 표면에 가교결합된 PANVDAC 고분자층이 형성된 복합 나노입자를 제조하였다.In Example 1, except that the process of "(3) Carbonization of the PANVDAC crosslinking layer" was not performed, the experiment was performed in the same manner as in Example 1, and a composite with a crosslinked PANVDAC polymer layer formed on the surface of the silicon nanoparticles Nanoparticles were prepared.

시험예 1: 실리콘/고분자 복합 나노입자의 TEM 및 EDS 분석Test Example 1: TEM and EDS analysis of silicon/polymer composite nanoparticles

상기 비교예 3에서 제조된 실리콘/고분자 복합 나노입자에 대하여 TEM 및 EDS를 이용하여 형태와 구조를 분석하였으며, TEM(a, b, c) 및 EDS(d, e, f) 분석 결과를 도 4에 나타내었다.The shape and structure of the silicon/polymer composite nanoparticles prepared in Comparative Example 3 were analyzed using TEM and EDS, and the results of TEM (a, b, c) and EDS (d, e, f) analysis are shown in FIG. 4 shown in

상기 도 4에서 TEM(a) 사진을 참조하면, 구형 형상을 갖는 실리콘/고분자 복합 나노입자들이 형성된 것을 확인하였다. 또한 상기 TEM(b, c) 사진의 경우 실리콘 나노입자 코어층(짙은 검정색)의 외표면 상에 PANVDA층 및 가교결합층을 포함하는 고분자 쉘층(최외각 회색 테두리)이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.Referring to the TEM (a) photograph in FIG. 4, it was confirmed that silicon/polymer composite nanoparticles having a spherical shape were formed. In addition, in the case of the TEM (b, c) photographs, it was confirmed that a polymer shell layer (outermost gray border) including a PANVDA layer and a crosslinking layer was formed on the outer surface of the silicon nanoparticle core layer (dark black). .

또한 상기 EDS(d, e, f)의 경우 Si가 상대적으로 C 원소에 비해 거의 대부분을 차지할 정도로 고르게 분포되어 있는 것을 확인하였다. 또한 상기 C 원소는 실리콘 나노입자 표면에 고르게 코팅된 폴리아크릴로니트릴계 고분자 내 탄소으로 인해서 관찰되어 Si에 비해 매우 얇은 두께로 형성되어 있는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the EDS (d, e, f), it was confirmed that Si was relatively evenly distributed to the extent that it occupied almost most of the element compared to C element. In addition, the element C is observed due to carbon in the polyacrylonitrile-based polymer evenly coated on the surface of the silicon nanoparticles, and it can be seen that it is formed in a very thin thickness compared to Si.

시험예 2: PANVDAC 고분자의 FT-IR 분석Test Example 2: FT-IR analysis of PANVDAC polymer

상기 비교예 3에서 사용된 폴리아크릴로니트릴계 고분자인 PANVDAC 고분자에 대하여 FT-IR 분석을 실시하여 화학식 구조를 분석하였으며, 그 결과는 도 5에 나타내었다.FT-IR analysis was performed on the PANVDAC polymer, which is a polyacrylonitrile-based polymer used in Comparative Example 3, to analyze the chemical structure, and the results are shown in FIG. 5.

PANVDAC 고분자는 상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이 클로린기를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 고분자인 PANVDC에서 클로린기를 아지드기로 치환하여 PANVDA를 합성한 후, 2종의 PANVDA를 니트릴 아지드 고리첨가 반응(nitrile azide cycloaddition)에 의해 서로 가교 결합시켜 PANVDAC 고분자로 합성될 수 있다.As shown in Scheme 1 above, the PANVDAC polymer was synthesized by substituting the chlorine group with an azide group in PANVDC, a polyacrylonitrile-based polymer containing a chlorine group, and then synthesizing the two PANVDAs by nitrile azide cycloaddition reaction (nitrile azide Cycloaddition) can be cross-linked to each other to synthesize PANVDAC polymer.

상기 도 5를 참조하면, PANVDC, PANVDA 및 PANVDAC 고분자는 모두 2247 cm-1에서 니트릴기가 관찰되었고, PANVDA에서는 2212 cm-1에서 아지드기가 확인되었다. 또한, PANVDA 고분자를 가교한 PANVDAC에서는 아지드기 피크가 모두 사라지고, 1181, 1097 및 1039 cm-1에서 테트라졸 구조가 확인됨으로써, 아지드 니트릴 고리중합 반응에 의하여 PANVDA가 PANVDAC로 전환되어 성공적으로 가교가 이루어진 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, a nitrile group was observed at 2247 cm −1 in all of the PANVDC, PANVDA and PANVDAC polymers, and an azide group was confirmed at 2212 cm −1 in PANVDA. In addition, in the PANVDAC crosslinked PANVDA polymer, all azide peaks disappeared, and tetrazole structures were confirmed at 1181, 1097 and 1039 cm -1 , so that PANVDA was converted to PANVDAC by an azide nitrile ring polymerization reaction and successfully crosslinked can confirm that has been done.

이렇게 형성된 가교결합층은 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층의 표면에 존재하는 2종의 폴리아크릴로니트릴계 고분자들이 1,3-이극성 고리 첨가 반응에 의해 서로 가교 결합되어 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 가교결합층은 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층의 표면에 존재하는 어느 하나의 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 니트릴기와 다른 하나의 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 아지드기가 별도의 촉매 없이 니트릴 아지드 고리첨가 반응에 의해 서로 가교 결합되어 형성된 것일 수 있다.The cross-linking layer thus formed may be formed by cross-linking two types of polyacrylonitrile-based polymers present on the surface of the polyacrylonitrile-based polymer layer through a 1,3-dipolar cycloaddition reaction. Specifically, in the crosslinking layer, the nitrile group of one polyacrylonitrile-based polymer present on the surface of the polyacrylonitrile-based polymer layer and the azide group of another polyacrylonitrile-based polymer are nitrile without a separate catalyst. It may be formed by crosslinking each other by an azide cycloaddition reaction.

시험예 3: 열처리 후의 탄소 잔존율 분석Test Example 3: Carbon Residual Rate Analysis after Heat Treatment

실시예 1과 2 및 비교예 1과 2에서 각각 제조한 탄화 복합 나노입자 소재에 대해서 열치리 후에 탄소의 잔존율을 측정하여, 그 결과를 아래 표에 나타내었다.For the carbonized composite nanoparticle materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, the residual rate of carbon was measured after heat treatment, and the results are shown in the table below.

잔존율은 열중량 분석법(ThermoGravimetric Analysis, TGA)을 이용하여 온도 변화에 따른 무기물질 및 고분자를 포함한 유기물질의 무게 변화를 측정하여 분석하였다.The residual ratio was analyzed by measuring the weight change of inorganic substances and organic substances including polymers according to temperature change using ThermoGravimetric Analysis (TGA).

Figure pat00003
Figure pat00003

비교예 1에 비해 실시예 1의 탄소 잔존율이 높고, 비교예 2에 비해 실시예 2의 탄소 잔존율이 높음을 알 수 있으며, 이를 통해서 가교되지 않은 PAN 고분자로 코팅된 경우에 비해 가교된 PANVDAC 고분자로 코팅된 복합 나노입자 소재에서 탄화 후에 더 많은 탄소가 잔존함을 확인할 수 있다.It can be seen that the carbon residual rate of Example 1 is higher than that of Comparative Example 1, and the carbon residual rate of Example 2 is higher than that of Comparative Example 2. It can be confirmed that more carbon remains after carbonization in the composite nanoparticle material coated with polymer.

본 발명에 따라 가교된 PANVDAC 고분자로 코팅된 복합 나노입자 소재에서 더 많은 탄소가 더욱 균일하고 안정적으로 실리콘 입자 표면을 감싸고 있음을 확인할 수 있다.In the composite nanoparticle material coated with the crosslinked PANVDAC polymer according to the present invention, it can be seen that more carbon covers the surface of the silicon particle more uniformly and stably.

또한, 실시예 2에 비해 실시예 1의 탄소 잔존율이 높고, 비교예 2에 비해 비교예 1의 탄소 잔존율이 높음을 알 수 있으며, 이를 통해서 탄화 온도가 높을수록 탄화 후 잔존하는 탄소 양이 감소함을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the carbon residual rate of Example 1 is higher than that of Example 2, and the carbon residual rate of Comparative Example 1 is higher than that of Comparative Example 2. Through this, the higher the carbonization temperature, the higher the amount of carbon remaining after carbonization. decrease can be seen.

시험예 4: 리튬 이차전지의 충방전 평가Test Example 4: Evaluation of charge and discharge of lithium secondary battery

실시예 1과 2 및 비교예 1 내지 3에서 각각 제조한 탄화 복합 나노입자 소재를 사용하여 아래와 같이 음극을 제조한 후, 이를 이용하여 통상의 방법에 의해 리튬 이차전지를 제조하였다.After preparing a negative electrode as follows using the carbonized composite nanoparticle materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, a lithium secondary battery was prepared by a conventional method.

천연 흑연 80 중량%, 위 실시예와 비교에에서 제조한 실리콘/탄소 복합 나노입자 소재 10 중량%, 도전재(Super-P) 5 중량%, SBR/CMC (5:5) 바인더 5 중량%로 음극을 제조하였다.80% by weight of natural graphite, 10% by weight of silicon / carbon composite nanoparticle material prepared in the above example and comparison, 5% by weight of conductive material (Super-P), 5% by weight of SBR / CMC (5:5) binder A negative electrode was prepared.

로딩 양은 7mg/cm2, 충방전 시험은 0.5 C에서 0.01 내지 2 V 전압 범위에서 실시하여, 그 결과를 아래 표에 나타내었다.The loading amount was 7 mg/cm 2 , and the charge/discharge test was conducted at 0.5 C in the voltage range of 0.01 to 2 V, and the results are shown in the table below.

Figure pat00004
Figure pat00004

그 결과, 위 표의 음극 반전지 성능에서 보는 바와 같이, 비교예 1에 비해 실시예 1의 경우, 그리고 비교예 2에 비해 실시예 2의 경우에서, 초기 쿨롱 효율, 초기 용량, 보존 용량에서 모두 더 향상된 결과를 확인할 수 있다.As a result, as shown in the negative half-cell performance in the table above, in Example 1 compared to Comparative Example 1 and in Example 2 compared to Comparative Example 2, the initial coulombic efficiency, initial capacity, and storage capacity were all higher. Improved results can be seen.

또한 700 ℃의 열처리가 600 ℃ 열처리에 비해서 더욱 높은 성능 개선 효과를 보임을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the heat treatment at 700 ° C showed a higher performance improvement effect than the heat treatment at 600 ° C.

또한, 실시예 1과 실시예 2은 비교예 3에 거의 대등한 보존 용량을 보임과 동시에, 초기 쿨롱 효율과 초기 용량 면에서는 비교예 3보다 더욱 향상된 결과를 보임을 확인하였다.In addition, it was confirmed that Examples 1 and 2 showed storage capacity almost equivalent to Comparative Example 3, and showed more improved results than Comparative Example 3 in terms of initial coulombic efficiency and initial capacity.

또한, 실시예 1에 비해 실시예 2에서 초기 쿨롱 효율, 초기 용량, 보존 용량 모두 더 나은 성능을 보여주었으며, 이는 탄화 온도가 높아질수록 탄화 후 탄소 잔존율은 저하시킴에도 불구하고 복합 나노입자 소재의 품질과 성능을 더욱 향상시킴을 보여주는 결과라고 할 수 있다.In addition, compared to Example 1, Example 2 showed better performance in terms of initial coulombic efficiency, initial capacity, and storage capacity, which indicates that the higher the carbonization temperature, the lower the carbon residual rate after carbonization. It can be said that the result shows that the quality and performance are further improved.

Claims (20)

하기 단계를 포함하는 복합 나노입자의 제조방법:
(A) 주쇄에 니트릴기(또는 시아노기, -CN) 및 상기 니트릴기와 가교결합 가능한 가교결합성 관능기를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 비탄소계 나노입자의 표면에 형성시켜 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자층이 있는 비탄소계 나노입자를 수득하는 단계,
(B) 상기 니트릴기와 상기 가교결합성 관능기 사이에 가교결합을 수행하여 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 가교결합시켜 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자를 수득하는 단계,
(C) 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자를 탄화시켜 표면에 탄화층이 있는 비탄소계 나노입자를 포함하는 복합 나노입자를 수득하는 단계.
A method for producing composite nanoparticles comprising the following steps:
(A) A polyacrylonitrile-based polymer layer containing a nitrile group (or cyano group, -CN) in the main chain and a cross-linkable functional group capable of cross-linking with the nitrile group is formed on the surface of the non-carbon-based nanoparticles to form a polyacrylic acid on the surface Obtaining non-carbon-based nanoparticles having a ronitrile-based polymer layer,
(B) Cross-linking is performed between the nitrile group and the cross-linkable functional group to cross-link the polyacrylonitrile-based polymer layer to obtain non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface. steps to do,
(C) carbonizing the non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of the polyacrylonitrile-based polymer to obtain composite nanoparticles including non-carbon-based nanoparticles having a carbonized layer on the surface.
제1항에 있어서, 상기 가교결합성 관능기는 아지드기(-N3), 아크릴산, 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴레이트 및 이들 2종 이상의 조합 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The composite nanoparticle of claim 1, wherein the cross-linkable functional group is selected from an azide group (-N 3 ), acrylic acid, acrylate, methacrylic acid, methacrylate, and a combination of two or more thereof. manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 가교결합성 관능기는 아지드기이고,
상기 가교결합층은 상기 니트릴기와 상기 아지드기의 고리첨가 반응에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the cross-linkable functional group is an azide group,
The crosslinking layer is a method for producing composite nanoparticles, characterized in that formed by a cycloaddition reaction of the nitrile group and the azide group.
제1항에 있어서, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴아지드, 폴리(아크릴로니트릴-co-메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-co-메타크릴산), 폴리(아크릴로니트릴-co-메틸아크릴로니트릴), 폴리(아크릴로니트릴-코메타크릴산 리튬), 및 이들 2종 이상의 조합 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the polyacrylonitrile-based polymer is polyacrylonitrile- co -vinylidene azide, poly(acrylonitrile- co -methyl methacrylate), poly(acrylonitrile- co -methacrylic acid) acid), poly(acrylonitrile- co -methylacrylonitrile), poly(acrylonitrile-co-lithium methacrylate), and a method for producing composite nanoparticles, characterized in that selected from combinations of two or more thereof. 제1항에 있어서, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴아지드인 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the polyacrylonitrile-based polymer is polyacrylonitrile- co -vinylidene azide. 제1항에 있어서, 상기 비탄소 나노입자는 실리콘(Si) 나노입자, 실리카(SiO2) 나노입자, 실리콘 질화물(SiN) 나노입자, 실리콘 산화물(SiOx) 나노입자, 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the non-carbon nanoparticles are silicon (Si) nanoparticles, silica (SiO 2 ) nanoparticles, silicon nitride (SiN) nanoparticles, silicon oxide (SiO x ) nanoparticles, and mixtures of two or more of these. Method for producing composite nanoparticles, characterized in that selected from. 제1항에 있어서, 상기 비탄소계 나노입자는 평균 입자크기가 10 nm 내지 2,000 nm인 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the non-carbon-based nanoparticles have an average particle size of 10 nm to 2,000 nm. 제1항에 있어서, 상기 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자는 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층과 상기 비탄소 나노입자를 5:95 내지 50:50의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface are prepared by mixing the cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer and the non-carbon nanoparticles in a ratio of 5:95 to 50: Method for producing a composite nanoparticle, characterized in that it comprises a weight ratio of 50. 제1항에 있어서, 상기 (A) 단계는 상기 비탄소계 나노입자, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자, 계면활성제, 및 분산매를 포함하는 분산 용액을 제조한 후, 상기 분산매를 제거함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein step (A) is performed by preparing a dispersion solution containing the non-carbonaceous nanoparticles, the polyacrylonitrile-based polymer, a surfactant, and a dispersion medium, and then removing the dispersion medium. Method for producing composite nanoparticles to be. 제9항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 트리블록 공중합체, 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌글리콜-에틸렌글리콜 블록 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 블록 공중합체, 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the surfactant is polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide triblock copolymer, polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer, propylene glycol-ethylene glycol block copolymer, polyethylene oxide-polypropylene oxide A method for producing a composite nanoparticle, characterized in that it is selected from a block copolymer and a mixture of two or more thereof. 제9항에 있어서, 상기 분산 용액의 제조는 상기 비탄소계 나노입자, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자, 상기 계면활성제, 및 상기 분산매를 포함하는 용액을 9,000 내지 15,000 rpm의 속도로 30 초 내지 30 분 동안 교반함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the dispersion solution is prepared by dissolving a solution containing the non-carbonaceous nanoparticles, the polyacrylonitrile-based polymer, the surfactant, and the dispersion medium at a rate of 9,000 to 15,000 rpm for 30 seconds to 30 minutes. Method for producing composite nanoparticles, characterized in that carried out by stirring during. 제1항에 있어서, 상기 (B) 단계는 110 내지 150 ℃에서 30 분 내지 6 시간 동안 열처리를 진행함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein step (B) is performed by heat treatment at 110 to 150 °C for 30 minutes to 6 hours. 제1항에 있어서, 상기 (C) 단계는 500 내지 1,000 ℃ 온도에서 0.5 내지 6 시간 시간 동안 열처리를 진행함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein step (C) is performed by heat treatment at a temperature of 500 to 1,000 °C for 0.5 to 6 hours. 제8항에 있어서, 상기 비탄소계 나노입자는 실리콘 나노입자이고,
상기 비탄소계 나노입자의 평균 입자크기는 50 내지 80 nm이며,
상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자는 폴리아크릴로니트릴-co-비닐리덴 아지드이고,
상기 계면활성제는 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드 트리블록 공중합체이며,
상기 분산 용액의 제조는 11,000 내지 13,000 rpm에서 30 초 내지 2 분 동안 교반하여 수행되고,
상기 (B) 단계는 120 내지 140 ℃에서 60 분 내지 3 시간 동안 열처리를 진행하여 수행되며,
상기 표면에 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층이 있는 비탄소계 나노입자는 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자의 가교결합층과 상기 비탄소 나노입자를 33:67 내지 30:70의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the non-carbon-based nanoparticles are silicon nanoparticles,
The average particle size of the non-carbon-based nanoparticles is 50 to 80 nm,
The polyacrylonitrile-based polymer is polyacrylonitrile- co -vinylidene azide,
The surfactant is a polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide triblock copolymer,
Preparation of the dispersion solution is performed by stirring at 11,000 to 13,000 rpm for 30 seconds to 2 minutes,
Step (B) is performed by heat treatment at 120 to 140 ° C. for 60 minutes to 3 hours,
The non-carbon-based nanoparticles having a cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer on the surface include the cross-linked layer of polyacrylonitrile-based polymer and the non-carbon nanoparticles in a weight ratio of 33:67 to 30:70 Method for producing composite nanoparticles, characterized in that.
비탄소계 나노입자 코어층; 및 상기 비탄소계 나노입자 코어층의 외표면에 형성된 탄화층을 포함하는 복합 나노입자로서,
상기 탄화층은 주쇄에 니트릴기(또는 시아노기, -CN) 및 상기 니트릴기와 가교결합 가능한 가교결합성 관능기를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 상기 비탄소계 나노입자의 표면에 형성시키고, 상기 폴리아크릴로니트릴계 고분자층을 가교결합시킨 후, 상기 가교결합된 폴리아크릴로니트릴계 고분자를 탄화시켜 수득되는 것을 특징으로 하는 복합 나노입자.
a non-carbon-based nanoparticle core layer; And a composite nanoparticle comprising a carbonized layer formed on an outer surface of the non-carbonaceous nanoparticle core layer,
The carbonization layer forms a polyacrylonitrile-based polymer layer including a nitrile group (or cyano group, -CN) in the main chain and a cross-linkable functional group capable of cross-linking with the nitrile group on the surface of the non-carbon-based nanoparticles, Composite nanoparticles obtained by cross-linking a polyacrylonitrile-based polymer layer and then carbonizing the cross-linked polyacrylonitrile-based polymer.
제15항에 있어서, 상기 비탄소계 나노입자는 평균 입자크기가 10 nm 내지 2,000 nm이고,
상기 탄화층의 두께는 1 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 복합 나노입자.
The method of claim 15, wherein the non-carbon-based nanoparticles have an average particle size of 10 nm to 2,000 nm,
Composite nanoparticles, characterized in that the thickness of the carbonization layer is 1 to 100 nm.
제16항에 따른 복합 나노입자를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 활물질.An anode active material for a lithium secondary battery comprising the composite nanoparticles according to claim 16. 제17항에 따른 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 음극.An anode for a lithium secondary battery comprising the anode active material according to claim 17 . 제18항에 따른 음극을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the negative electrode according to claim 18. 제19항에 따른 리튬 이차전지를 포함하는 장치로서,
상기 장치는 통신장치, 운송장치 및 에너지저장 장치 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
A device comprising the lithium secondary battery according to claim 19,
The device is characterized in that any one selected from a communication device, a transportation device and an energy storage device.
KR1020210135113A 2021-08-10 2021-10-12 Composite nanoparticle comprising non-carbon nanoparticle and carbonaceous layer thereon, and process of preparing the same KR20230023529A (en)

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