KR20230039947A - Method for manufacturing Si nanoparticle lithium negative plate coated with porous carbon - Google Patents

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KR20230039947A
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윤강현
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon and, more specifically, to a manufacturing method of a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon which applies an active material mixture including Si nanoparticle materials surface-coated with porous carbon onto a lithium negative electrode plate, thereby increasing high electrical conductivity and durability.

Description

다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법{Method for manufacturing Si nanoparticle lithium negative plate coated with porous carbon}Method for manufacturing Si nanoparticle lithium negative plate coated with porous carbon

본 발명은 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 포함한 활물질 혼합물을 리튬 음극판에 도포함으로써, 고전기 전도성과 내구성을 향상시킬 수 있는 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a lithium negative plate of Si nanoparticles coated with porous carbon, and more particularly, by applying an active material mixture including Si nanoparticles coated with porous carbon to a lithium negative plate, thereby improving high electrical conductivity and durability. It relates to a method for manufacturing a lithium negative electrode plate of Si nanoparticles coated with porous carbon that can be improved.

리튬 이차전지의 음극 활물질 소재인 흑연의 낮은 용량(372mAh/g)의 문제점을 개선하기 위하여 지구 상에 풍부하게 분포되어 있으며, 가격 또한 낮은 실리콘 소재를 기반으로 리튬 이차전지 음극을 제작하고 있었다.In order to improve the problem of low capacity (372mAh/g) of graphite, an anode active material for lithium secondary batteries, negative electrodes for lithium secondary batteries are being manufactured based on silicon, which is abundantly distributed on the earth and has a low price.

하지만, 리튬 이차전지 음극 활물질 소재로서의 실리콘은 전기 전도성 감소, 부피 팽창 및 전극-전해액 계면 불안정화라는 고질적인 문제점을 가지고 있으며 리튬 이온 전지의 사이클 성능을 감소시키는 주요 원인이 되었다.However, silicon as an anode active material for a lithium secondary battery has chronic problems such as reduced electrical conductivity, volume expansion, and destabilization of an electrode-electrolyte interface, and has become a major cause of reduced cycle performance of a lithium ion battery.

리튬이차전지는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(Chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 전지이다.A lithium secondary battery is a battery that generates electrical energy by a change in chemical potential when lithium ions are intercalated/deintercalated in a positive electrode and a negative electrode.

이러한 리튬이차전지는 리튬이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극사이에 유기 전해질 또는 폴리머 전해질을 충전시켜 제조한다. Such a lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of reversible intercalation/deintercalation of lithium ions as a positive electrode and a negative electrode active material, and filling an organic electrolyte or polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 복합금속 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2 (0 < x < 1), LiMnO2 등의 복합금속 산화물들이 연구되고 있다.Lithium composite metal compounds are used as cathode active materials for lithium secondary batteries. For example, composite metal oxides such as LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2 (0 < x < 1), and LiMnO2 are being studied.

리튬이차전지의 음극활물질로는 리튬의 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 흑연 등이 대표적으로 적용되어 왔다. As an anode active material of a lithium secondary battery, graphite capable of intercalation/deintercalation of lithium has been typically applied.

그러나, 이러한 흑연을 이용한 전극은 전하용량이 365 mAh/g (이론값: 372 mAh/g)으로 낮기 때문에, 우수한 용량 특성을 나타내는 리튬 차전지를 제공하는데 한계가 있었다.However, since the electrode using graphite has a low charge capacity of 365 mAh/g (theoretical value: 372 mAh/g), there is a limit to providing a lithium secondary battery exhibiting excellent capacity characteristics.

이에 실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge) 또는 안티몬 (Sb)과 같은 무기물계 활물질이 연구되어 왔다. Accordingly, inorganic active materials such as silicon (Si), germanium (Ge), or antimony (Sb) have been studied.

이러한 무기물계 활물질, 특히, 실리콘계 음극 활물질은 매우 큰 리튬결합량 (이론적 최대치: Li44Si)을 나타낼 수 있고, 이는 약 4200 mAh/g의 이론적 용량에 근접한다.Such an inorganic active material, in particular, a silicon-based negative electrode active material, may exhibit a very large lithium bond amount (theoretical maximum value: Li 4 4 Si), which is close to a theoretical capacity of about 4200 mAh/g.

하지만, 상기 실리콘계 음극 활물질은 리튬의 인터칼레이션 / 디인터칼레이션, 즉, 전지의 충방전시 큰 부피변화를 야기하여 활물질이 파쇄 (pulverization)될 수 있다. However, the silicon-based negative electrode active material causes intercalation/deintercalation of lithium, that is, a large volume change during charging and discharging of the battery, so that the active material may be pulverized.

그 결과, 음극활물질의 파쇄물들은 전류 집전체로부터 전기적으로 탈리될 수 있고, 이는 긴 사이클 하에서 비가역 용량 손실을 가져올 수 있다. As a result, fragments of the anode active material may be electrically detached from the current collector, which may result in irreversible capacity loss under a long cycle.

실리콘계 음극 활물질의 또 하나의 단점은 낮은 전기전도도이다. Another disadvantage of the silicon-based negative electrode active material is low electrical conductivity.

이로 인해 실리콘계 음극 활물질은 출력 특성이 기존의 탄소소재의 음극활물질에 비해 떨어지는 문제가 있어 차세대 리튬이차전지 개발에 있어 이러한 문제점을 해결해야 한다. Due to this, the silicon-based negative electrode active material has a problem in that the output characteristics are inferior to those of the conventional carbon negative electrode active material, and this problem must be solved in the development of next-generation lithium secondary batteries.

이러한 문제를 해결하기 위해 전기전도도가 우수하며, 기계적 물성이 뛰어난 탄소소재와 실리콘계 음극 물질의 복합화 또는 탄소표면 코팅을 도입해 실리콘계 음극활물질의 사이클 특성 및 출력 특성을 향상시키려 하였다.In order to solve this problem, the cycle characteristics and output characteristics of the silicon-based negative electrode active material were improved by introducing a composite of a carbon material with excellent electrical conductivity and excellent mechanical properties and a silicon-based negative electrode material or a carbon surface coating.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0134793호에는 탄소가 코팅된 실리콘 나노입자 및 그 제조방법이 기재되어 있다. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0134793 discloses carbon-coated silicon nanoparticles and a manufacturing method thereof.

구체적으로 상기 공개특허는 불산 용액 침지, 클로로포름 용액 침지, 및 초음파 처리를 거쳐 합성된 탄소가 코팅된 나노입자, 이의 제조방법에 관한 것이다. Specifically, the above published patent relates to carbon-coated nanoparticles synthesized through hydrofluoric acid solution immersion, chloroform solution immersion, and ultrasonic treatment, and a method for preparing the same.

그러나, 이러한 탄소가 코팅된 실리콘 나노입자를 음극활물질로 사용하는 경우 용량 및 출력 특성 등이 미흡한 점이 있었다. However, when these carbon-coated silicon nanoparticles are used as an anode active material, capacity and output characteristics are insufficient.

이에 본 발명자들은 이러한 미흡한 점을 개선하고자 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have completed the present invention to improve these shortcomings.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0134793호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0134793

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Therefore, the present invention has been made to solve the above conventional problems,

본 발명의 목적은 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 포함한 활물질 혼합물을 리튬 음극판에 도포함으로써, 고전기 전도성과 내구성을 향상시키는데 있다.An object of the present invention is to improve high electric conductivity and durability by applying an active material mixture including porous carbon-surface-coated Si nanoparticles to a lithium negative plate.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법은,In order to achieve the object to be solved by the present invention, a method for manufacturing a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon according to an embodiment of the present invention,

반응기에 실리콘 유기 화합물, 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제1혼합물을 제조하고, 제조된 제1 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제1초음파분산수행단계(S100);와A silicon organic compound, oleylamine, and 1-octadecene are put into a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour to prepare a first mixture, and the prepared first mixture is stored in a separate container. A first ultrasonic dispersion step for storage (S100); and

이후, 반응기에 상기 제1 혼합물과 그래파이트(Graphite)와 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제2 혼합물을 제조하고, 제조된 제2 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제2초음파분산수행단계(S200);와Thereafter, the first mixture, graphite, oleylamine, and 1-octadecene are put into a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour to prepare a second mixture, A second ultrasonic dispersion step (S200) for storing the second mixture in a separate container; and

반응기 내 상기 제2 혼합물 투입후, 아르곤 분위기에서 수분을 제거하기 위해 120 ℃에서 1시간을 수행하고, 열분해 반응을 위해 300 ℃에서 2시간 동안 교반시키기 위한 열분해반응단계(S300);와After introducing the second mixture into the reactor, a thermal decomposition reaction step (S300) for performing 1 hour at 120 ° C. to remove moisture in an argon atmosphere and stirring at 300 ° C. for 2 hours for a thermal decomposition reaction; and

반응기 내 열분해 반응을 완료한 후, 혼합 용액을 80 ℃까지 냉각시킨 후, hexane과 ethanol을 이용하여 여과 및 세척을 수행하기 위한 냉각여과단계(S400);와After completing the thermal decomposition reaction in the reactor, cooling the mixed solution to 80 ° C., and then filtering and washing using hexane and ethanol (S400); and

상기 여과 및 세척이 수행된 혼합 용액을 60 ℃의 진공 오븐에서 건조한 후, 건조된 복합체를 grinding을 하고, 퍼니스를 이용하여 Ar 분위기에서 1 시간 동안 고온 어닐링을 거쳐 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 완성하는 Si@C나노입자완성단계(S500);와After drying the filtered and washed mixed solution in a vacuum oven at 60 ° C., grinding the dried composite, and annealing at high temperature for 1 hour in an Ar atmosphere using a furnace to Si nanoparticles coated with porous carbon on the surface. Si@C nanoparticle completion step (S500) to complete the material; and

상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질이 포함된 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 혹은 Al 기판)에 도포한 후, 120도 온도 조건에서 진공 건조시키기 위한 고온숙성및건조단계(S600);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.A high-temperature aging and drying step (S600) for applying the active material mixture containing the Si nanoparticle material on which the porous carbon is surface-coated to a lithium negative plate (Cu or Al substrate) and then vacuum-drying it at a temperature of 120 degrees; By doing so, the problem of the present invention is solved.

본 발명인 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법을 통해, Through the method of manufacturing the Si nanoparticle lithium anode plate surface-coated with the porous carbon of the present invention,

다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 포함한 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 또는 Al 기판)에 도포함으로써, 고전기 전도성과 내구성을 향상시키는 효과를 발휘하게 된다.By applying an active material mixture including Si nanoparticles coated with porous carbon on a lithium negative plate (Cu or Al substrate), high electrical conductivity and durability are improved.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법에 의해 제조된 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자를 나타낸 예시도이다.
1 is a process diagram of a method for manufacturing a lithium negative electrode plate with Si nanoparticles surface-coated with porous carbon according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view showing Si nanoparticles surface-coated with porous carbon prepared by a method for manufacturing a lithium negative electrode plate with surface-coated porous carbon Si nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. Since the present invention can have various changes and various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서,"포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to designate that the features, steps, functions, components, or combinations thereof described in the specification exist, but other features, steps, functions, or components Or it should be understood that it does not exclude in advance the possibility of existence or addition of those in combination.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

본 발명의 일실시예에 따른 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법은,A method for manufacturing a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon according to an embodiment of the present invention,

반응기에 실리콘 유기 화합물, 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제1혼합물을 제조하고, 제조된 제1 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제1초음파분산수행단계(S100);와A silicon organic compound, oleylamine, and 1-octadecene are put into a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour to prepare a first mixture, and the prepared first mixture is stored in a separate container. A first ultrasonic dispersion step for storage (S100); and

이후, 반응기에 상기 제1 혼합물과 그래파이트(Graphite)와 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제2 혼합물을 제조하고, 제조된 제2 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제2초음파분산수행단계(S200);와Thereafter, the first mixture, graphite, oleylamine, and 1-octadecene are put into a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour to prepare a second mixture, A second ultrasonic dispersion step (S200) for storing the second mixture in a separate container; and

반응기 내 상기 제2 혼합물 투입후, 아르곤 분위기에서 수분을 제거하기 위해 120 ℃에서 1시간을 수행하고, 열분해 반응을 위해 300 ℃에서 2시간 동안 교반시키기 위한 열분해반응단계(S300);와After introducing the second mixture into the reactor, a thermal decomposition reaction step (S300) for performing 1 hour at 120 ° C. to remove moisture in an argon atmosphere and stirring at 300 ° C. for 2 hours for a thermal decomposition reaction; and

반응기 내 열분해 반응을 완료한 후, 혼합 용액을 80 ℃까지 냉각시킨 후, hexane과 ethanol을 이용하여 여과 및 세척을 수행하기 위한 냉각여과단계(S400);와After completing the thermal decomposition reaction in the reactor, cooling the mixed solution to 80 ° C., and then filtering and washing using hexane and ethanol (S400); and

상기 여과 및 세척이 수행된 혼합 용액을 60 ℃의 진공 오븐에서 건조한 후, 건조된 복합체를 grinding을 하고, 퍼니스를 이용하여 Ar 분위기에서 1 시간 동안 고온 어닐링을 거쳐 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 완성하는 Si@C나노입자완성단계(S500);와After drying the filtered and washed mixed solution in a vacuum oven at 60 ° C., grinding the dried composite, and annealing at high temperature for 1 hour in an Ar atmosphere using a furnace to Si nanoparticles coated with porous carbon on the surface. Si@C nanoparticle completion step (S500) to complete the material; and

상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질이 포함된 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 혹은 Al 기판)에 도포한 후, 120도 온도 조건에서 진공 건조시키기 위한 고온숙성및건조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A high-temperature aging and drying step (S600) for applying the active material mixture containing the Si nanoparticle material on which the porous carbon is surface-coated to a lithium negative plate (Cu or Al substrate) and then vacuum-drying it at a temperature of 120 degrees; It is characterized by doing.

구체적으로 설명하면, 본 발명인 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법은,Specifically, the present invention, a method for producing a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon,

반응기에 5 중량부의 실리콘 유기 화합물, 5 중량부의 올레이아민(oleylamine, 70%), 150 중량부의 1-옥타데센(1-octadecene, 90%)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제1혼합물을 제조하고, 제조된 제1 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제1초음파분산수행단계(S100);와5 parts by weight of a silicon organic compound, 5 parts by weight of oleylamine (70%), and 150 parts by weight of 1-octadecene (90%) were added to a reactor and ultrasonic dispersion was performed for 30 minutes to 1 hour to obtain A first ultrasonic dispersion step (S100) for preparing a first mixture and storing the prepared first mixture in a separate container; and

이후, 반응기에 상기 제1 혼합물과 3 중량부의 그래파이트(Graphite)와 5 중량부의 올레이아민(oleylamine), 150 중량부의 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제2 혼합물을 제조하고, 제조된 제2 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제2초음파분산수행단계(S200);와Thereafter, the first mixture, 3 parts by weight of graphite, 5 parts by weight of oleylamine, and 150 parts by weight of 1-octadecene were put into a reactor and ultrasonic dispersion was performed for 30 minutes to 1 hour. A second ultrasonic dispersion step (S200) for preparing a second mixture and storing the prepared second mixture in a separate container; and

반응기 내 상기 제2 혼합물 투입후, 아르곤 분위기에서 수분을 제거하기 위해 120 ℃에서 1시간을 수행하고, 열분해 반응을 위해 300 ℃에서 2시간 동안 교반시키기 위한 열분해반응단계(S300);와After introducing the second mixture into the reactor, a thermal decomposition reaction step (S300) for performing 1 hour at 120 ° C. to remove moisture in an argon atmosphere and stirring at 300 ° C. for 2 hours for a thermal decomposition reaction; and

반응기 내 열분해 반응을 완료한 후, 혼합 용액을 80 ℃까지 냉각시킨 후, hexane(95%)과 ethanol(95%)을 이용하여 여과 및 세척을 수행하기 위한 냉각여과단계(S400);와After completing the thermal decomposition reaction in the reactor, the mixed solution is cooled to 80 ° C., and then a cooling filtration step (S400) for filtering and washing using hexane (95%) and ethanol (95%); and

상기 여과 및 세척이 수행된 혼합 용액을 60 ℃의 진공 오븐에서 건조한 후, 건조된 복합체를 grinding을 하고, 퍼니스를 이용하여 Ar 분위기에서 1 시간 동안 800 ℃ ~ 850℃의 범위 내에서 어닐링을 거쳐 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 완성하는 Si@C나노입자완성단계(S500);와After drying the filtered and washed mixed solution in a vacuum oven at 60 ° C, grinding the dried composite, and annealing within the range of 800 ° C to 850 ° C for 1 hour in an Ar atmosphere using a furnace to form a porous A Si@C nanoparticle completion step (S500) of completing a surface-coated Si nanoparticle material with carbon; and

상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질이 포함된 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 혹은 Al 기판)에 도포한 후, 120도 온도 조건에서 진공 건조시키기 위한 고온숙성및건조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A high-temperature aging and drying step (S600) for applying the active material mixture containing the Si nanoparticle material on which the porous carbon is surface-coated to a lithium negative plate (Cu or Al substrate) and then vacuum-drying it at a temperature of 120 degrees; It is characterized by doing.

이때, 상기 실리콘 유기 화합물은,At this time, the silicon organic compound,

전구체로 triethoxysilane 을 사용하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by using triethoxysilane as a precursor.

이때, 상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질은,At this time, the surface-coated Si nanoparticle material of the porous carbon,

Anneling 공정에서 Si와 Carbon은 이온화되어 벌크 입자로 성장시에 발생하는 원소간의 segregation 에너지 차이가 발생하여 카본이 분말체 표면에 용출되는 것을 특징으로 한다.In the annealing process, Si and Carbon are ionized and the segregation energy difference between the elements occurs during growth into bulk particles, and carbon is eluted on the surface of the powder body.

이때, 상기한 제조 방법에 의해,At this time, by the above manufacturing method,

제조된 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판을 포함하고 있는 배터리를 제공할 수 있게 된다.It is possible to provide a battery including a lithium negative electrode plate with Si nanoparticles coated on the surface of the manufactured porous carbon.

이하, 본 발명에 의한 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a lithium negative electrode plate with porous carbon surface-coated Si nanoparticles according to the present invention will be described in detail through examples.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법의 공정도이다.1 is a process diagram of a method for manufacturing a lithium negative electrode plate with Si nanoparticles surface-coated with porous carbon according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법은,As shown in FIG. 1, the present invention, a method for manufacturing a Si nanoparticle lithium negative plate coated with porous carbon,

반응기에 5 중량부의 실리콘 유기 화합물, 5 중량부의 올레이아민(oleylamine, 70%), 150 중량부의 1-옥타데센(1-octadecene, 90%)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제1혼합물을 제조하고, 제조된 제1 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제1초음파분산수행단계(S100);와5 parts by weight of a silicon organic compound, 5 parts by weight of oleylamine (70%), and 150 parts by weight of 1-octadecene (90%) were added to a reactor and ultrasonic dispersion was performed for 30 minutes to 1 hour to obtain A first ultrasonic dispersion step (S100) for preparing a first mixture and storing the prepared first mixture in a separate container; and

이후, 반응기에 상기 제1 혼합물과 3 중량부의 그래파이트(Graphite)와 5 중량부의 올레이아민(oleylamine), 150 중량부의 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제2 혼합물을 제조하고, 제조된 제2 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제2초음파분산수행단계(S200);와Thereafter, the first mixture, 3 parts by weight of graphite, 5 parts by weight of oleylamine, and 150 parts by weight of 1-octadecene were put into a reactor and ultrasonic dispersion was performed for 30 minutes to 1 hour. A second ultrasonic dispersion step (S200) for preparing a second mixture and storing the prepared second mixture in a separate container; and

반응기 내 상기 제2 혼합물 투입후, 아르곤 분위기에서 수분을 제거하기 위해 120 ℃에서 1시간을 수행하고, 열분해 반응을 위해 300 ℃에서 2시간 동안 교반시키기 위한 열분해반응단계(S300);와After introducing the second mixture into the reactor, a thermal decomposition reaction step (S300) for performing 1 hour at 120 ° C. to remove moisture in an argon atmosphere and stirring at 300 ° C. for 2 hours for a thermal decomposition reaction; and

반응기 내 열분해 반응을 완료한 후, 혼합 용액을 80 ℃까지 냉각시킨 후, hexane(95%)과 ethanol(95%)을 이용하여 여과 및 세척을 수행하기 위한 냉각여과단계(S400);와After completing the thermal decomposition reaction in the reactor, the mixed solution is cooled to 80 ° C., and then a cooling filtration step (S400) for filtering and washing using hexane (95%) and ethanol (95%); and

상기 여과 및 세척이 수행된 혼합 용액을 60 ℃의 진공 오븐에서 건조한 후, 건조된 복합체를 grinding을 하고, 퍼니스를 이용하여 Ar 분위기에서 1 시간 동안 800 ℃ ~ 850℃의 범위 내에서 어닐링을 거쳐 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 완성하는 Si@C나노입자완성단계(S500);와After drying the filtered and washed mixed solution in a vacuum oven at 60 ° C, grinding the dried composite, and annealing within the range of 800 ° C to 850 ° C for 1 hour in an Ar atmosphere using a furnace to form a porous A Si@C nanoparticle completion step (S500) of completing a surface-coated Si nanoparticle material with carbon; and

상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질이 포함된 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 혹은 Al 기판)에 도포한 후, 120도 온도 조건에서 진공 건조시키기 위한 고온숙성및건조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A high-temperature aging and drying step (S600) for applying the active material mixture containing the Si nanoparticle material on which the porous carbon is surface-coated to a lithium negative plate (Cu or Al substrate) and then vacuum-drying it at a temperature of 120 degrees; It is characterized by doing.

본 발명은 상기와 같은 제조 과정을 거치게 되고, 이를 통해 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 포함한 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 또는 Al 기판)에 도포함으로써, 고전기 전도성과 내구성을 향상시킬 수 있는 것이다.The present invention goes through the above manufacturing process, and through this, an active material mixture including Si nanoparticles coated with porous carbon is applied to a lithium negative plate (Cu or Al substrate), thereby improving high electrical conductivity and durability. will be.

즉, 성능저하 방지와 궁극적으로 리튬 배터리의 기초 성능과 충전 효율을 향상시킬 수 있는 수명 개선 효과를 제공하게 된다.That is, it provides a lifespan improvement effect that can prevent performance degradation and ultimately improve the basic performance and charging efficiency of the lithium battery.

상기한 기능을 제공하기 위하여, 구체적인 공정을 하기와 같이 설명하도록 하겠다.In order to provide the above function, a specific process will be described as follows.

상기 제1초음파분산수행단계(S100)는 반응기에 실리콘 유기 화합물, 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제1혼합물을 제조하고, 제조된 제1 혼합물을 별도의 용기에 보관하는 단계이다.In the first ultrasonic dispersion step (S100), a silicon organic compound, oleylamine, and 1-octadecene are placed in a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour to prepare a first mixture. and storing the prepared first mixture in a separate container.

구체적으로 설명하자면, 반응기에 5 중량부의 실리콘 유기 화합물, 5 중량부의 올레이아민(oleylamine, 70%), 150 중량부의 1-옥타데센(1-octadecene, 90%)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제1혼합물을 제조하고, 제조된 제1 혼합물을 별도의 용기에 보관하는 것이다.Specifically, 5 parts by weight of a silicon organic compound, 5 parts by weight of oleylamine (70%), and 150 parts by weight of 1-octadecene (90%) were placed in a reactor and ultrasonicated for 30 minutes to 1 hour. Dispersion is performed to prepare a first mixture, and the prepared first mixture is stored in a separate container.

상기와 같이, 초음파 분산을 수행하는 이유는 용해를 용이하게 하기 위함이다.As described above, the reason for performing ultrasonic dispersion is to facilitate dissolution.

상기 제2초음파분산수행단계(S200)는 반응기에 상기 제1 혼합물과 그래파이트(Graphite)와 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제2 혼합물을 제조하고, 제조된 제2 혼합물을 별도의 용기에 보관하는 단계이다.In the second ultrasonic dispersion step (S200), the first mixture, graphite, oleylamine, and 1-octadecene are put into a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour. This is a step of preparing a second mixture and storing the prepared second mixture in a separate container.

구체적으로 설명하자면, 반응기에 상기 제1 혼합물과 3 중량부의 그래파이트(Graphite)와 5 중량부의 올레이아민(oleylamine), 150 중량부의 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제2 혼합물을 제조하고, 제조된 제2 혼합물을 별도의 용기에 보관하게 되는 것이다.Specifically, the first mixture, 3 parts by weight of graphite, 5 parts by weight of oleylamine, and 150 parts by weight of 1-octadecene were placed in a reactor and ultrasonicated for 30 minutes to 1 hour. Dispersion is performed to prepare a second mixture, and the prepared second mixture is stored in a separate container.

이후, 상기 열분해반응단계(S300)는 반응기 내 상기 제2 혼합물 투입후, 아르곤 분위기에서 수분을 제거하기 위해 120 ℃에서 1시간을 수행하고, 열분해 반응을 위해 300 ℃에서 2시간 동안 교반시키기 위한 단계이다.Thereafter, the thermal decomposition reaction step (S300) is a step for performing 1 hour at 120 ° C. to remove moisture in an argon atmosphere after introducing the second mixture into the reactor, and stirring at 300 ° C. for 2 hours for the thermal decomposition reaction. am.

상기와 같이, 아르곤 분위기에서 수분을 제거하는 이유는 혼합물들이 좀 더 균질하게 섞이도록 하기 위한 것이다.As described above, the reason for removing moisture in the argon atmosphere is to make the mixtures more homogeneous.

이때, 1시간을 초과하게 되면 너무 많은 수분이 증발해 버려 열분해 반응시, 탄화될 수 있는 문제점이 발생할 수 있으므로 상기한 시간을 준수하여야 한다.At this time, if it exceeds 1 hour, too much moisture evaporates and during the thermal decomposition reaction, a problem of carbonization may occur, so the above time must be observed.

이후, 냉각여과단계(S400)는 반응기 내 열분해 반응을 완료한 후, 혼합 용액을 80 ℃까지 냉각시킨 후, hexane(95%)과 ethanol(95%)을 이용하여 여과 및 세척을 수행하는 단계이다.Thereafter, the cooling filtration step (S400) is a step of completing the thermal decomposition reaction in the reactor, cooling the mixed solution to 80 ° C, and then performing filtration and washing using hexane (95%) and ethanol (95%). .

이후, Si@C나노입자완성단계(S500)는 상기 여과 및 세척이 수행된 혼합 용액을 60 ℃의 진공 오븐에서 건조한 후, 건조된 복합체를 grinding을 하고, 퍼니스를 이용하여 Ar 분위기에서 1 시간 동안 800 ℃ ~ 850℃의 범위 내에서 어닐링을 거쳐 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 완성하는 단계이다.Thereafter, in the Si@C nanoparticle completion step (S500), the filtered and washed mixed solution is dried in a vacuum oven at 60 ° C, the dried composite is ground, and the dried composite is ground for 1 hour in an Ar atmosphere using a furnace. This is a step of completing the Si nanoparticle material coated with porous carbon through annealing in the range of 800 ° C to 850 ° C.

이후, 고온숙성및건조단계(S600)는 상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질이 포함된 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 혹은 Al 기판)에 도포한 후, 120도 온도 조건에서 진공 건조시키기 위한 단계이다.Thereafter, in the high-temperature aging and drying step (S600), the active material mixture containing the porous carbon-surface-coated Si nanoparticles is applied to a lithium negative plate (Cu or Al substrate), followed by vacuum drying at a temperature of 120 degrees. It is a step.

예를 들어, 120도의 온도 조건에서 2시간 동안 진공 건조시키게 되는 것이며, 진공 건조 기술은 일반적인 기술이므로 상세한 설명은 생략하겠다.For example, it is vacuum dried for 2 hours at a temperature of 120 degrees, and since vacuum drying technology is a general technology, detailed description will be omitted.

또한, 본 발명에서 설명하고 있는 실리콘 유기 화합물을 Annealing 공정을 통하여 다공성 카본 코팅된 Si@C을 제작하고자 하였다. In addition, an attempt was made to fabricate porous carbon-coated Si@C through an annealing process of the silicon organic compound described in the present invention.

상기한 실리콘 유기 화합물 전구체는 triethoxysilane(트리에 톡시 실란, (C2H5O)3SiH)를 사용하였으며, 소결시 발생하는 나노 소재들의 응집을 막기 위하여 분산제로 oleylamine(올레일아민)을 사용하고, 용매 역할로 1-octadecene(1-옥타데센)를 사용하였다. The above silicon organic compound precursor used triethoxysilane (triethoxysilane, (C2H5O)3SiH), and oleylamine was used as a dispersant to prevent aggregation of nanomaterials generated during sintering, and 1 as a solvent -octadecene (1-octadecene) was used.

또한, 도전제 및 실리콘 나노 산화물 담지체 역할로 Graphite(그래파이트, 흑연)를 첨가하여 전도성 향상과 나노 실리콘 분산을 도모하였다.In addition, graphite (graphite, graphite) was added as a conductive agent and silicon nano oxide carrier to improve conductivity and disperse nano silicon.

도 2에 도시한 바와 같이, 주요 원리로는 실리콘 유기 산화물 전구체를 Botton Up 방법 중에 하나인  Anneling을 통하여 다공성 카본이 코팅된 나노실리콘을 제조하는 것으로, Anneling공정에서 Si와 Carbon은 이온화되어 벌크 입자로 성장시에 발생하는 원소 간의 segregation 에너지 차이가 발생하여 카본 소재는 분말체 표면 용출되며, Anneling 온도에 따라 표면에 용출되게 된다.As shown in FIG. 2, the main principle is to manufacture nano-silicon coated with porous carbon through annealing, which is one of the Botton Up methods of silicon organic oxide precursors. In the annealing process, Si and Carbon are ionized to form bulk particles. Due to the segregation energy difference between elements generated during growth, the carbon material is eluted on the surface of the powder body, and it is eluted on the surface according to the annealing temperature.

표면에 생성된 다공성 포어 및 카본소재 코팅은 부피 변화를 완충하며 전기전도도를 높이는 역할로 이용하여 안정된 사이클과 고전기 전도성 특성을 제공할 수 있게 되는 것이다.The porous pores and carbon material coating formed on the surface are used to buffer volume change and increase electrical conductivity, thereby providing stable cycle and high electrical conductivity.

한편, 부가적인 양상에 따라, 상기 Si@C나노입자완성단계(S500)에서, On the other hand, according to an additional aspect, in the Si@C nanoparticle completion step (S500),

고온 어닐링 온도는,The high temperature annealing temperature is

800 ℃ ~ 850℃ 범위 내인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that within the range of 800 ℃ ~ 850 ℃.

즉, 온도에 따라 카본블랙이 표면으로 밀려나오는 정도가 달라지게 된다.That is, the degree to which carbon black is pushed out to the surface varies depending on the temperature.

예를 들어, 600 ℃에서 내부에 녹아 있는 카본 소스가 적절히 나노입자 표면으로 밀려나오기 때문에 기공이 형성된 카본 쉘이 형성되게 된다.For example, since the carbon source melted inside at 600 ° C. is appropriately pushed out to the surface of the nanoparticles, a carbon shell with pores is formed.

그러나, 850℃를 초과할 경우에, 예를 들어, 855℃ 에서는 나노입자 밖으로 너무 나오게 되므로 기공을 막아 이온 전달이 되지 않아 기초 성능이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.However, when the temperature exceeds 850 ° C., for example, at 855 ° C., the nanoparticles come out too much, blocking pores and preventing ion transmission, resulting in poor basic performance.

즉, 어닐링 온도가 온도 조건을 초과할 경우에 카본의 결정성이 좋아지고, 밀도가 높아져 기공 크기가 점점 작아지기 때문이다.That is, when the annealing temperature exceeds the temperature condition, the crystallinity of the carbon improves and the density increases and the pore size gradually decreases.

따라서, 상기한 온도 범위 내에서 고온 어닐링을 수행하게 되는 것이다.Therefore, high-temperature annealing is performed within the above temperature range.

위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 종래의 리튬 음극판을 가지고 있는 배터리와 본 발명에 의해 제조된 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판을 포함하고 있는 배터리을 가지고 기초성능 및 수명시험을 하였다.As described above, in order to grasp the effect of the present invention, basic performance and life test were conducted with a battery having a conventional lithium negative plate and a battery including a lithium negative plate made of porous carbon coated with Si nanoparticles manufactured according to the present invention. did

본 발명의 실시예에서는 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판을 포함한 리튬이차전지를 제조해 전기화학적 특성을 분석했다.In an embodiment of the present invention, a lithium secondary battery including a lithium negative electrode plate of Si nanoparticles coated with porous carbon was prepared and the electrochemical characteristics were analyzed.

비교예 1은 상용 실리콘계 입자(SiO, Sigma Aldrich)을 사용해 리튬이차전지를 제조했다.In Comparative Example 1, a lithium secondary battery was manufactured using commercially available silicon-based particles (SiO, Sigma Aldrich).

비교예 2에서는 상용 실리콘계 입자와 수크로오스 (Sucrose)를 혼합한 후 탄화 과정을 거친 뒤 얻은 질소 도핑이 되지 않은 탄소가 코팅된 실리콘계 음극활물질을 제조했으며, 이를 이용해 리튬이차전지를 제조했다. In Comparative Example 2, a silicon-based negative electrode active material coated with carbon not doped with nitrogen obtained after mixing commercial silicon-based particles and sucrose and then undergoing a carbonization process was prepared, and a lithium secondary battery was manufactured using the same.

비교예 2의 경우, 상용 실리콘계 입자 0.6g과 7.0g의 수크로오스를 혼합 후 질소 기체 존재 하에서 1,000℃에서 1시간 열처리를 통해 질소 도핑이 되지 않은 탄소 코팅층을 포함하는 실리콘계 입자를 제조하였다.In the case of Comparative Example 2, after mixing 0.6 g of commercially available silicon-based particles with 7.0 g of sucrose, silicon-based particles including a carbon coating layer not doped with nitrogen were prepared by heat treatment at 1,000 ° C. for 1 hour in the presence of nitrogen gas.

이때, 상기 내용에 의해 제조된 단전지에 대하여, 정전류 측정법 (galvanostatic) 방식을 통해 전기화학적 특성분석을 진행하였다.At this time, with respect to the cell manufactured according to the above, electrochemical characteristics were analyzed through a galvanostatic method.

0.1C (150mA/g) 정전류 조건에서 초기 충방전을 구동한 결과, 실시예, 비교예 1, 비교예 2의 초기 방전용량이 순서대로 1258, 1429, 1495mAh/g으로 나타났다.As a result of driving the initial charge and discharge under a constant current condition of 0.1 C (150 mA / g), the initial discharge capacities of Example, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 were 1258, 1429, and 1495 mAh / g in order.

또한, 초기 충방전 효율의 경우, 51.0, 71.4, 72.9%로 실시예의 경우가 가장 우수한 효율을 가지는 것으로 나타났다. In addition, in the case of the initial charge and discharge efficiency, it was found that the case of the embodiment has the best efficiency at 51.0, 71.4, and 72.9%.

이는 본 발명에 따른 질소 도핑 탄소의 경우, 우수한 전기전도로 인해 우수한 방전용량과 효율을 가지는 것으로 판단된다.It is judged that, in the case of nitrogen-doped carbon according to the present invention, it has excellent discharge capacity and efficiency due to excellent electrical conductivity.

전류 밀도를 0.2C에서 2C로 증가시키며 방전 용량을 측정한 결과 실시예의 경우, 2C (3000mA/g)의 높은 구동 전류 조건에서 732.3 mAh/g의 큰 방전용량이 구현되는 것을 보였다. As a result of measuring the discharge capacity while increasing the current density from 0.2C to 2C, in the case of the example, it was shown that a large discharge capacity of 732.3 mAh/g was implemented under a high driving current condition of 2C (3000mA/g).

이는 현재 상용화되어 있는 흑연 음극이 보여주는 방전용량에 비해 2배에 달하는 높은 용량 값이다.This is a high capacity value that is twice as high as the discharge capacity of currently commercialized graphite anodes.

실시예의 경우, 전극의 계면 저항을 의미하는 반원의 크기가 초기 충방전 후와 200사이클 후에도 크게 증가 하지 않았음을 확인할 수 있다. In the case of the examples, it can be seen that the size of the semicircle, which means the interfacial resistance of the electrode, did not significantly increase after initial charge and discharge and after 200 cycles.

이에 반해 비교예 2의 경우 200사이클 진행 후 계면저항 값이 크게 증가 할 뿐 아니라, 실시예의 경우에 비해 큰 계면 저항을 나타내고 있다. On the other hand, in the case of Comparative Example 2, the interfacial resistance value greatly increased after 200 cycles, and the interfacial resistance was greater than that of Example.

이는 본 발명에 따른 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판의 계면이 안정화된 것으로 판단된다.This is considered to be that the interface of the Si nanoparticle lithium negative plate coated with porous carbon according to the present invention is stabilized.

본 발명에 따르면 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판은 일반 탄소 코팅으로 제조된 입자에 비해 우수한 방전용량 및 향상된 출력특성을 가질 수 있다. According to the present invention, the Si nanoparticle lithium negative plate coated with porous carbon may have excellent discharge capacity and improved output characteristics compared to particles manufactured with a general carbon coating.

특히 2C-rate(3000mA/g)의 높은 충방전 구동 전류 조건에서도 732.3mAh/g의 우수한 방전용량을 구현할 수 있다.In particular, an excellent discharge capacity of 732.3 mAh/g can be realized even under a high charge/discharge driving current condition of 2C-rate (3000 mA/g).

상기와 같은 제조 방법을 통해, 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 포함한 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 또는 Al 기판)에 도포함으로써, 고전기 전도성과 내구성을 향상시키는 효과를 발휘하게 된다.Through the above manufacturing method, the active material mixture including the Si nanoparticle material coated with porous carbon is applied to the lithium negative plate (Cu or Al substrate), thereby exhibiting an effect of improving high electrical conductivity and durability.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above will understand that it can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as not being limiting.

S100 : 제1초음파분산수행단계
S200 : 제2초음파분산수행단계
S300 : 열분해반응단계
S400 : 냉각여과단계
S500 : Si@C나노입자완성단계
S600 : 고온숙성및건조단계
S100: 1st ultrasonic dispersing step
S200: Second ultrasonic dispersing step
S300: thermal decomposition reaction step
S400: Cooling filtration step
S500: Si@C nanoparticle completion step
S600: high temperature aging and drying step

Claims (5)

다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법에 있어서,
반응기에 실리콘 유기 화합물, 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제1혼합물을 제조하고, 제조된 제1 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제1초음파분산수행단계(S100);와
이후, 반응기에 상기 제1 혼합물과 그래파이트(Graphite)와 올레이아민(oleylamine), 1-옥타데센(1-octadecene)을 넣고 30분 내지 1시간 동안 초음파 분산을 수행하여 제2 혼합물을 제조하고, 제조된 제2 혼합물을 별도의 용기에 보관하기 위한 제2초음파분산수행단계(S200);와
반응기 내 상기 제2 혼합물 투입후, 아르곤 분위기에서 수분을 제거하기 위해 120 ℃에서 1시간을 수행하고, 열분해 반응을 위해 300 ℃에서 2시간 동안 교반시키기 위한 열분해반응단계(S300);와
반응기 내 열분해 반응을 완료한 후, 혼합 용액을 80 ℃까지 냉각시킨 후, hexane과 ethanol을 이용하여 여과 및 세척을 수행하기 위한 냉각여과단계(S400);와
상기 여과 및 세척이 수행된 혼합 용액을 60 ℃의 진공 오븐에서 건조한 후, 건조된 복합체를 grinding을 하고, 퍼니스를 이용하여 Ar 분위기에서 1 시간 동안 고온 어닐링을 거쳐 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질을 완성하는 Si@C나노입자완성단계(S500);와
상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질이 포함된 활물질 혼합물을 리튬 음극판(Cu 혹은 Al 기판)에 도포한 후, 120도 온도 조건에서 진공 건조시키기 위한 고온숙성및건조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법.
In the method for manufacturing a lithium negative electrode plate with Si nanoparticles coated with porous carbon,
A silicon organic compound, oleylamine, and 1-octadecene are put into a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour to prepare a first mixture, and the prepared first mixture is stored in a separate container. A first ultrasonic dispersion step for storage (S100); and
Thereafter, the first mixture, graphite, oleylamine, and 1-octadecene are put into a reactor and ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes to 1 hour to prepare a second mixture, A second ultrasonic dispersion step (S200) for storing the second mixture in a separate container; and
After introducing the second mixture into the reactor, a thermal decomposition reaction step (S300) for performing 1 hour at 120 ° C. to remove moisture in an argon atmosphere and stirring at 300 ° C. for 2 hours for a thermal decomposition reaction; and
After completing the thermal decomposition reaction in the reactor, cooling the mixed solution to 80 ° C., and then filtering and washing using hexane and ethanol (S400); and
After drying the filtered and washed mixed solution in a vacuum oven at 60 ° C., grinding the dried composite, and annealing at high temperature for 1 hour in an Ar atmosphere using a furnace to Si nanoparticles coated with porous carbon on the surface. Si@C nanoparticle completion step (S500) to complete the material; and
A high-temperature aging and drying step (S600) for applying the active material mixture containing the Si nanoparticle material on which the porous carbon is surface-coated to a lithium negative plate (Cu or Al substrate) and then vacuum-drying it at a temperature of 120 degrees; A method for producing a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon, characterized in that for doing.
제 1항에 있어서,
상기 실리콘 유기 화합물은,
전구체로 triethoxysilane 을 사용하는 것을 특징으로 하는 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법.
According to claim 1,
The silicon organic compound,
A method for producing a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon, characterized by using triethoxysilane as a precursor.
제 1항에 있어서,
상기 Si@C나노입자완성단계(S500)에서,
고온 어닐링 온도는,
800 ℃ ~ 850 ℃ 범위 내인 것을 특징으로 하는 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법.
According to claim 1,
In the Si@C nanoparticle completion step (S500),
The high temperature annealing temperature is
Method for producing a Si nanoparticle lithium negative electrode plate surface-coated with porous carbon, characterized in that within the range of 800 ℃ ~ 850 ℃.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 물질은,
Anneling 공정에서 Si와 Carbon은 이온화되어 벌크 입자로 성장시에 발생하는 원소간의 segregation 에너지 차이가 발생하여 카본이 분말체 표면에 용출되는 것을 특징으로 하는 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판 제조 방법.
According to claim 1,
The Si nanoparticle material on which the porous carbon is surface-coated,
In the annealing process, Si and Carbon are ionized to form bulk particles, and segregation energy differences between the elements occur during growth, so that carbon is eluted on the surface of the powder body. Method for producing Si nanoparticle lithium negative plate coated with porous carbon .
제 1항의 제조 방법에 의해,
제조된 다공성 카본이 표면 코팅된 Si 나노입자 리튬 음극판을 포함하고 있는 배터리.
By the manufacturing method of claim 1,
A battery comprising a lithium negative electrode plate of Si nanoparticles coated with porous carbon.
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