KR20230109312A - Composite material - Google Patents

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김병진
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Abstract

본 출원은, 복합재, 그의 이차 전지 전극(예를 들면, 음극)으로서의 용도, 상기 복합재를 포함하는 전극 조립체 및 이차 전지, 그리고 상기 복합재의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는, 실리콘 소재가 적용된 전극으로서, 높은 용량을 나타내고, 반복되는 충방전 시에도 용량의 안정적으로 유지되는 우수한 수명 특성을 가지는 전극을 제공할 수 있다.The present application provides a composite material, its use as a secondary battery electrode (eg, negative electrode), an electrode assembly and secondary battery comprising the composite material, and a method for manufacturing the composite material. In the present application, as an electrode to which a silicon material is applied, it is possible to provide an electrode having excellent lifespan characteristics that exhibits high capacity and stably maintains capacity even during repeated charging and discharging.

Description

복합재{COMPOSITE MATERIAL}Composites {COMPOSITE MATERIAL}

본 출원은 복합재 및 그 용도에 대한 것이다.This application is about composites and their uses.

리튬 이온 이차전지 등의 이차전지는 소형이면서 경량으로 제작할 수 있으며, 에너지 밀도가 높고, 반복 충방전이 가능하여 다양하게 사용되고 있다.Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries can be manufactured to be small and lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged, and thus are used in various ways.

이차 전지의 수명과 용량 등에 있어서 중요한 역할을 하는 것은 음극이다. 현재 음극의 소재로서는 많이 사용되는 것은 흑연(graphite)인데, 높은 이론 용량을 가지는 실리콘 소재도 연구되고 있다. An anode plays an important role in the lifespan and capacity of a secondary battery. Currently, graphite is widely used as a material for an anode, and silicon materials having a high theoretical capacity are also being studied.

실리콘 소재는 높은 이론 용량을 가지지만, 충방전 시에 크게 팽창과 수축을 반복하며, 이에 의해 경시적으로 활물질이 열화하고, 극판 구조가 파괴되며, 전극 내의 도전 패스(path)가 손상되는 문제점이 있다.Although silicon material has a high theoretical capacity, it repeats large expansion and contraction during charging and discharging, and as a result, the active material deteriorates over time, the electrode plate structure is destroyed, and the conductive path in the electrode is damaged. there is.

본 출원은, 복합재, 그의 이차 전지 전극(예를 들면, 음극)으로서의 용도, 상기 복합재를 포함하는 전극 조립체 및 이차 전지, 그리고 상기 복합재의 제조 방법에 대한 것이다. The present application relates to a composite material, its use as a secondary battery electrode (eg, negative electrode), an electrode assembly and a secondary battery comprising the composite material, and a method for manufacturing the composite material.

본 출원은 실리콘 소재가 적용된 전극으로서, 높은 용량을 나타내고, 반복되는 충방전 시에도 용량의 안정적으로 유지되는 우수한 수명 특성을 가지는 전극을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.One object of the present application is to provide an electrode with excellent lifespan characteristics in which a silicon material is applied, exhibits high capacity, and maintains capacity stably even during repeated charging and discharging.

본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 것이다. 용어 상온은 가온 및 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다.Among the physical properties mentioned in this specification, if the measurement temperature affects the corresponding physical properties, unless otherwise specified, the physical properties are measured at room temperature. The term room temperature is a natural temperature that is not heated or cooled, and may mean, for example, any temperature in the range of about 10 °C to 30 °C, about 23 °C, or about 25 °C. In addition, unless otherwise specified in the present specification, the unit of temperature is °C.

본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압 및 감압되지 않은 자연 그대로의 압력으로서 통상 약 700 내지 800 mmHg 정도를 상압으로 지칭한다.Among the physical properties mentioned in this specification, when the measured pressure affects the result, the corresponding physical property is a physical property measured at normal pressure unless otherwise specified. The term normal pressure refers to normal pressure of about 700 to 800 mmHg as natural pressure that is not pressurized and reduced.

본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 습도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상기 상온 및 상압 상태에서 특별히 조절되지 않은 습도에서 측정한 물성이다.Among the physical properties mentioned in this specification, when measured humidity affects the result, unless otherwise specified, the corresponding physical property is a physical property measured under humidity that is not particularly controlled at room temperature and normal pressure.

본 출원은 복합재에 대한 것이다. This application is for composite materials.

본 출원의 복합재는 금속폼과 상기 금속폼의 표면 및/또는 내부 표면에 형성된 실리콘을 적어도 포함할 수 있다. 복합재에서 상기 실리콘은, 상기 금속폼의 표면에 적어도 존재하는 한, 상기 금속폼의 내부 표면, 예를 들면, 상기 금속폼에 형성된 기공의 내부 표면에도 존재할 수 있다.The composite material of the present application may include at least a metal foam and silicon formed on a surface and/or an inner surface of the metal foam. In the composite material, as long as the silicon is present at least on the surface of the metal foam, it may also be present on the inner surface of the metal foam, for example, on the inner surface of pores formed in the metal foam.

본 명세서에서 용어 금속폼 또는 금속 골격은, 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다. 상기에서 금속을 주성분으로 한다는 것은, 금속폼 또는 금속 골격의 전체 중량을 기준으로 금속의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상인 경우를 의미한다. 상기 주성분으로 포함되는 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%, 99 중량% 또는 98 중량% 정도일 수 있다. 또한, 상기에서 금속은 단일 금속은 물론 2종 이상의 금속의 합금도 포함된다.In this specification, the term metal foam or metal skeleton refers to a porous structure containing metal as a main component. In the above, the metal as the main component means that the ratio of the metal based on the total weight of the metal foam or metal skeleton is 55% by weight or more, 60% by weight or more, 65% by weight or more, 70% by weight or more, 75% by weight or more, 80% by weight or more It means the case of more than 85% by weight, more than 90% by weight or more than 95% by weight. The upper limit of the ratio of the metal included as the main component is not particularly limited, and may be, for example, 100% by weight, 99% by weight, or 98% by weight. In addition, in the above, the metal includes a single metal as well as an alloy of two or more types of metals.

본 명세서에서 용어 다공성은, 기공도(porosity)가 적어도 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 기공도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 약 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하 또는 50% 이하 정도일 수 있다. 상기 기공도를 구하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 금속폼의 경우, 상기 금속폼의 밀도를 통해 기공도를 확인하는 공지의 방식이 적용될 수 있다.As used herein, the term porosity may refer to a case in which the porosity is at least 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, or 40%. The upper limit of the porosity is not particularly limited, but is, for example, about 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, 55% or less. It may be on the order of less than or less than 50%. A method for obtaining the porosity is not particularly limited. For example, in the case of a metal form, a known method of confirming the porosity through the density of the metal form may be applied.

본 출원의 상기 복합재는, 예를 들면, 이차 전지용 전극(예를 들면, 음극)으로서 우수한 성능을 나타낼 수 있다.The composite material of the present application may exhibit excellent performance as an electrode (eg, a negative electrode) for a secondary battery, for example.

예를 들면, 상기 전극은, 상기 실리콘 소재가 적용되어 높은 용량을 나타내고, 금속폼으로의 상기 실리콘 소재의 적용을 통해 반복되는 충방전 시에도 용량의 안정적으로 유지되는 우수한 수명 특성을 가지며, 고속 충전 특성도 우수하게 나타날 수 있다.For example, the electrode exhibits high capacity by applying the silicon material, has excellent life characteristics in which capacity is stably maintained even during repeated charging and discharging through the application of the silicon material to a metal form, and high-speed charging Characteristics can also be excellent.

본 출원에서는 상기 복합재의 금속폼과 실리콘 성분의 복합화를 효율적으로 달성하기 위해서 금속폼이 제어될 수 있다. 예를 들어, 복합재에 적용되는 금속폼의 재료, 기공도 및/또는 두께가 제어될 수 있다.In the present application, the metal form may be controlled in order to efficiently achieve the composite of the metal form and the silicon component of the composite material. For example, the material, porosity and/or thickness of the metal foam applied to the composite may be controlled.

하나의 예시에서 상기 금속폼은 금속합금폼일 수 있다. 용어 금속합금폼은 2종 이상의 금속을 포함하는 금속폼을 의미한다.In one example, the metal foam may be a metal alloy foam. The term metal alloy form means a metal form containing two or more types of metals.

하나의 예시에서 상기 금속폼은, 게르마늄과 상기 게르마늄과는 다른 금속을 포함하는 금속합금폼일 수 있다.In one example, the metal form may be a metal alloy form including germanium and a metal different from the germanium.

상기 금속합금폼에 존재하는 게르마늄은, 실리콘에 대한 nucleation barrier를 낮추어서 금속합금폼에 실리콘이 균일하게 형성되도록 할 수 있고, 그 결과 목적하는 우수한 효과를 보이는 복합재를 형성할 수 있다. 이러한 복합재는 이차 전지용 전극, 예를 들면 이차 전지용 음극으로 사용될 수 있다.The germanium present in the metal alloy form lowers the nucleation barrier to silicon so that silicon is uniformly formed in the metal alloy form, and as a result, a composite material having excellent desired effects can be formed. Such a composite material can be used as an electrode for a secondary battery, for example, a negative electrode for a secondary battery.

상기 금속합금폼에 포함되는 상기 게르마늄과는 다른 금속의 종류에는 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 상기 다른 금속으로는, 통상 이차 전지용 음극의 집전체로 사용되는 금속이 적용될 수 있다. 이러한 금속으로는, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 구리, 은 및 카드뮴으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.There is no particular limitation on the type of metal other than the germanium included in the metal alloy form. For example, as the other metal, a metal commonly used as a current collector of a negative electrode for a secondary battery may be applied. These metals may be any one or two or more selected from the group consisting of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, copper, silver and cadmium, but are not limited thereto.

상기 금속합금폼은, 상기 게르마늄을 0.1 중량% 내지 20 중량%로 포함할 수 있다. 이러한 비율 하에서 실리콘의 균일한 증착 내지 도금을 가능하게 하고, 동시에 복합재가 전극으로서 기능하기 위한 전도성을 확보할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상, 2 중량% 이상, 3 중량% 이상, 4 중량% 이상, 5 중량% 이상, 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상 또는 9 중량% 이상 정도이거나, 19 중량% 이하, 18 중량% 이하, 17 중량% 이하, 16 중량% 이하, 15 중량% 이하, 14 중량% 이하, 13 중량% 이하, 12 중량% 이하, 11 중량% 이하 또는 10 중량% 이하 정도일 수도 있다.The metal alloy form may include 0.1 wt % to 20 wt % of the germanium. Under this ratio, uniform deposition or plating of silicon is possible, and at the same time, conductivity for the composite material to function as an electrode can be secured. In another example, the ratio is 0.5% by weight or more, 1% by weight or more, 2% by weight or more, 3% by weight or more, 4% by weight or more, 5% by weight or more, 6% by weight or more, 7% by weight or more, 8% by weight or more. or about 9 wt% or more, 19 wt% or less, 18 wt% or less, 17 wt% or less, 16 wt% or less, 15 wt% or less, 14 wt% or less, 13 wt% or less, 12 wt% or less, 11 wt% or less % or less or 10% by weight or less.

상기 금속합금폼에서 상기 게르마늄과는 다른 금속은 상기 게르마늄 100 중량부 대비 500 내지 3000 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 비율 하에서 실리콘의 균일한 증착 내지 도금을 가능하게 하고, 동시에 복합재가 전극으로서 기능하기 위한 전도성을 확보할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 550 중량부 이상, 600 중량부 이상, 650 중량부 이상, 700 중량부 이상, 750 중량부 이상, 800 중량부 이상, 850 중량부 이상, 900 중량부 이상, 950 중량부 이상 또는 1000 중량부 이상 정도이거나, 2500 중량부 이하, 2000 중량부 이하, 1500 중량부 이하, 1400 중량부 이하, 1300 중량부 이하, 1200 중량부 이하, 1100 중량부 이하 또는 1000 중량부 이하 정도일 수도 있다.In the metal alloy form, a metal other than the germanium may be included in an amount of 500 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of the germanium. Under this ratio, uniform deposition or plating of silicon is possible, and at the same time, conductivity for the composite material to function as an electrode can be secured. In another example, the ratio is 550 parts by weight or more, 600 parts by weight or more, 650 parts by weight or more, 700 parts by weight or more, 750 parts by weight or more, 800 parts by weight or more, 850 parts by weight or more, 900 parts by weight or more, 950 parts by weight or more. Or about 1000 parts by weight or more, 2500 parts by weight or less, 2000 parts by weight or less, 1500 parts by weight or less, 1400 parts by weight or less, 1300 parts by weight or less, 1200 parts by weight or less, 1100 parts by weight or less, or 1000 parts by weight or less. .

금속합금폼에서 상기 게르마늄 및 상기 다른 금속, 즉 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 구리, 은 및 카드뮴으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속의 합계량은, 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상이거나, 100 중량% 이하, 99 중량% 이하 또는 98 중량% 이하 정도일 수 있다.In the metal alloy form, the germanium and the other metals, that is, the total amount of one or more metals selected from the group consisting of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, copper, silver and cadmium is 55% by weight or more, 60% by weight or more, 65% by weight % or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more, or 100% or less, 99% or less, or 98% or less by weight. there is.

즉, 금속합금폼은, 상기 게르마늄과 다른 금속을 주성분으로 포함할 수 있다. 이를 통해서 실리콘의 균일한 증착 내지 도금을 가능하게 하고, 동시에 복합재가 전극으로서 기능하기 위한 전도성을 확보할 수 있다. That is, the metal alloy form may include a metal other than the germanium as a main component. Through this, uniform deposition or plating of silicon is possible, and at the same time, conductivity for the composite material to function as an electrode can be secured.

일 예시에서 상기 금속합금폼은 기공율(porosity)이 약 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하 또는 75% 이하 정도일 수 있다. 상기 기공율은 다른 예시에서 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상 또는 70% 이상일 수 있다. 상기 기공율은, 상기 금속합금폼의 밀도를 통해 기공도를 확인하는 공지의 방식이 적용될 수 있다. 위와 같은 범위 내에서 실리콘과의 적합한 복합화를 달성하고, 복합재가 이차 전지용 음극으로서의 기능을 효과적으로 발휘하도록 할 수 있다.In one example, the metal alloy foam may have a porosity of about 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, or 75% or less. In another example, the porosity is 10% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more, 40% or more, 45% or more, 50% or more, 55% or more, 60% or more, It may be 65% or more or 70% or more. For the porosity, a known method of confirming the porosity through the density of the metal alloy foam may be applied. Within the above range, it is possible to achieve a suitable composite with silicon, and to effectively exhibit the function of the composite material as a negative electrode for a secondary battery.

일 예시에서 상기 금속합금폼은 필름 형태일 수 있다. 상기 필름(금속합금폼)의 두께는, 예를 들면, 약 1,000 μm 이하, 950 μm 이하, 900 μm 이하, 850 μm 이하, 800 μm 이하, 약 750 μm 이하, 약 700 μm 이하, 약 650 μm 이하, 약 600 μm 이하, 약 550 μm 이하, 약 500 μm 이하, 약 450 μm 이하, 약 400 μm 이하, 약 350 μm 이하, 약 300 μm 이하, 약 250 μm 이하 또는 약 200 μm 이하 정도일 수 있다. 위와 같은 범위 내에서 실리콘 성분과의 적합한 복합화를 달성하고, 복합재가 이차 전지용 전극으로서의 기능을 효과적으로 수행하도록 할 수 있다. 상기 금속합금폼 두께의 하한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 0.5μm 이상, 약 1μm 이상, 약 2μm 이상, 약 3μm 이상, 약 4 μm 이상, 약 5 μm 이상, 약 6 μm 이상, 약 7 μm 이상, 약 8 μm 이상, 약 9 μm 이상, 약 10 μm 이상, 약 50 μm 이상, 약 100 μm 이상, 약 150 μm 이상, 약 200 μm 이상, 약 250 μm 이상, 약 300 μm 이상, 약 350 μm 이상 또는 약 400 μm 이상 정도일 수도 있다.In one example, the metal alloy foam may be in the form of a film. The thickness of the film (metal alloy form) is, for example, about 1,000 μm or less, 950 μm or less, 900 μm or less, 850 μm or less, 800 μm or less, about 750 μm or less, about 700 μm or less, about 650 μm or less , about 600 μm or less, about 550 μm or less, about 500 μm or less, about 450 μm or less, about 400 μm or less, about 350 μm or less, about 300 μm or less, about 250 μm or less, or about 200 μm or less. Within the above range, it is possible to achieve a suitable composite with the silicon component, and to effectively perform the function of the composite material as an electrode for a secondary battery. The lower limit of the thickness of the metal alloy foam is not particularly limited, and for example, about 0.5 μm or more, about 1 μm or more, about 2 μm or more, about 3 μm or more, about 4 μm or more, about 5 μm or more, about 6 μm or more, about 7 μm or more, about 8 μm or more, about 9 μm or more, about 10 μm or more, about 50 μm or more, about 100 μm or more, about 150 μm or more, about 200 μm or more, about 250 μm or more, about 300 μm or more, about It may be about 350 μm or more or about 400 μm or more.

본 명세서에서 두께는 해당 대상의 두께가 일정하지 않은 경우에는, 그 대상의 최소 두께, 최대 두께 또는 평균 두께일 수 있다.In the present specification, the thickness may be a minimum thickness, a maximum thickness, or an average thickness of the target when the thickness of the target is not constant.

또한, 상기 금속합금폼의 기공율 및/또는 두께는 상기 실리콘 성분이 존재하지 않는 경우의 금속합금폼의 기공율 및/또는 두께이거나, 상기 실리콘 성분이 존재하는 경우에서의 기공율 및/또는 두께일 수 있다.In addition, the porosity and / or thickness of the metal alloy foam may be the porosity and / or thickness of the metal alloy foam when the silicon component is not present, or the porosity and / or thickness when the silicon component is present. .

본 출원의 복합재에서는 상기 실리콘 성분인 상기 금속합금폼의 표면 및/또는 내부 기공의 표면에 증착되어 층을 형성하고, 이 때 상기 층의 두께는 상대적으로 얇기 때문에, 실리콘 성분의 존재 여부에 따른 상기 기공율 및/또는 두께의 변동은 크지 않다.In the composite material of the present application, the silicon component is deposited on the surface of the metal alloy form and / or the surface of the internal pores to form a layer, and at this time, since the thickness of the layer is relatively thin, the silicon component according to the presence or absence of the silicon component Variations in porosity and/or thickness are not significant.

이러한 금속합금폼은 다양하게 공지되어 있고, 금속합금폼을 제조하는 방법 역시 다양하게 공지되어 있다. 본 출원에서는 이러한 공지의 금속합금폼이나 상기 공지의 방식으로 제조한 금속합금폼이 적용될 수 있다.These metal alloy forms are known in various ways, and methods for manufacturing metal alloy forms are also known in various ways. In the present application, such a known metal alloy form or a metal alloy form manufactured by the known method may be applied.

금속합금폼을 제조하는 방식으로는, 염 등의 기공 형성제와 금속의 복합 재료를 소결하는 방식, 고분자 폼 등의 지지체에 금속을 코팅하고, 그 상태로 소결하는 방식이나 슬러리법 등이 알려져 있다. 또한, 상기 금속합금폼은 본 출원인의 선행 출원인 한국출원 제2017-0086014호, 제2017-0040971호, 제2017-0040972호, 제2016-0162154호, 제2016-0162153호 또는 제2016-0162152호 등에 개시된 방식에 따라서도 제조될 수 있다.As a method for producing a metal alloy foam, a method of sintering a composite material of a pore former such as salt and a metal, a method of coating a metal on a support such as polymer foam and sintering in the state, a slurry method, and the like are known. . In addition, the metal alloy foam may be applied to Korean application Nos. 2017-0086014, 2017-0040971, 2017-0040972, 2016-0162154, 2016-0162153 or 2016-0162152, which are prior applications of the present applicant. It can also be prepared according to the disclosed method.

위와 같은 금속합금폼과 복합화되는 실리콘 성분은, 적어도 상기 금속합금폼의 표면에 존재할 수 있다. 일 예시에서 상기 실리콘 성분은 상기 금속합금폼의 표면 및 내부(예를 들면, 금속합금폼의 기공)에 존재할 수도 있다. 상기 실리콘 성분은, 금속합금폼의 표면 및/또는 내부(내부 기공의 표면)에 증착되어 층을 형성하고 있을 수 있다.The silicon component complexed with the above metal alloy form may be present on at least the surface of the metal alloy form. In one example, the silicon component may be present on the surface and inside (eg, pores of the metal alloy form) of the metal alloy form. The silicon component may be deposited on the surface and/or inside (surface of internal pores) of the metal alloy form to form a layer.

이러한 실리콘 성분은, 후술하는 바와 같이, 상기 금속합금폼에 전해 도금, 무전해 도금, 기타 전기화학적 도금 방식으로 실리콘을 증착 내지 도금하여 형성할 수 있다.As described later, the silicon component may be formed by depositing or plating silicon on the metal alloy form using electrolytic plating, electroless plating, or other electrochemical plating methods.

복합재에 포함되는 상기 실리콘 성분의 양에는 특별한 제한이 없으며, 목적하는 전극의 용량 내지 성능을 고려하여 적정한 양이 도입될 수 있다.The amount of the silicon component included in the composite is not particularly limited, and an appropriate amount may be introduced in consideration of the capacity or performance of the desired electrode.

예를 들면, 상기 복합재는 상기 실리콘 성분을 약 0.1 내지 10 mg/cm2의 양으로 포함할 수 있다. 상기 실리콘 성분의 양은, 상기 복합재에 존재하는 실리콘 성분의 양을 상기 복합재의 표면의 면적으로 나눈 값이다. 이 때 상기 복합재의 표면은, 상기 금속합금폼의 주표면으로서, 예를 들면, 상기 금속합금폼의 상부 및/또는 하부 표면일 수 있다.For example, the composite material may include the silicon component in an amount of about 0.1 to 10 mg/cm 2 . The amount of the silicon component is a value obtained by dividing the amount of the silicon component present in the composite material by the surface area of the composite material. In this case, the surface of the composite material is a main surface of the metal alloy form, and may be, for example, upper and/or lower surfaces of the metal alloy form.

상기와 같은 복합재는 다양한 용도에 적용될 수 있으며, 예를 들면, 이차 전지용 전극, 더 구체적으로는 이차 전지용 음극으로 적용될 수 있다.The composite material as described above can be applied to various uses, for example, it can be applied as an electrode for a secondary battery, more specifically, as a negative electrode for a secondary battery.

따라서, 본 출원은 상기 게르마늄과 상기 게르마늄과는 다른 금속을 포함하는 금속 합금을 포함하는 금속합금폼; 및 상기 금속합금폼의 표면에 존재하는 실리콘을 포함하는 이차 전지용 음극에 대한 것일 수 있다. 이 때 적용되는 상기 금속합금폼 및 실리콘에 대한 구체적인 내용은 상기 복합재에서 기술한 것과 같다.Therefore, the present application is a metal alloy form including a metal alloy including the germanium and a metal different from the germanium; And it may be for a negative electrode for a secondary battery containing silicon present on the surface of the metal alloy form. The specific details of the metal alloy foam and silicon applied at this time are the same as those described in the composite material.

본 출원은 또한 상기 복합재를 음극으로 포함하는 이차 전지용 전극 조립체에 대한 것이다. 이러한 전극 조립체는, 예를 들면, 양극; 음극 및 상기 양극과 음극의 사이에 분리막을 포함할 수 있고, 상기에서 음극으로서 상기 기술한 복합재를 적용할 수 있다.The present application also relates to an electrode assembly for a secondary battery including the composite material as an anode. Such an electrode assembly may include, for example, an anode; A negative electrode and a separator may be included between the positive electrode and the negative electrode, and the composite material described above may be applied as the negative electrode.

또한, 본 출원은 상기 복합재를 음극으로 포함하거나, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 대한 것이다.In addition, the present application relates to a secondary battery including the composite material as an anode or including the electrode assembly.

상기 전극 조립체 및 이차 전지에서 적용되는 양극, 분리막 또는 전해질 등 기타 성분의 종류에는 특별한 제한은 없으며, 공지의 이차 전지용 소재가 제한 없이 적용될 수 있다.There is no particular limitation on the type of other components such as a cathode, a separator, or an electrolyte applied in the electrode assembly and the secondary battery, and known materials for secondary batteries may be applied without limitation.

본 출원은 또한 상기와 같은 복합재 또는 음극의 제조 방법에 대한 것이다.The present application also relates to a method of manufacturing such a composite or negative electrode.

상기 제조 방법은, 예를 들면, 상기 금속합금폼, 즉 게르마늄과 상기 게르마늄과는 다른 금속을 포함하는 금속합금폼의 표면 또는 내부에 실리콘을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing method may include, for example, forming silicon on or inside the metal alloy form, that is, the metal alloy form including germanium and a metal different from the germanium.

상기 제조 방법에 적용되는 상기 금속합금폼을 제조하는 방식에는 특별한 제한은 없으며, 게르마늄과 다른 금속을 재료로 하여 공지의 금속폼의 제조 방법을 적용하여 상기 금속합금폼을 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속합금폼은, 염 등의 기공 형성제와 금속의 복합 재료를 소결하는 방식, 고분자 폼 등의 지지체에 금속을 코팅하고, 그 상태로 소결하는 방식이나 슬러리법 등을 적용하거나, 본 출원인의 선행 출원인 한국출원 제2017-0086014호, 제2017-0040971호, 제2017-0040972호, 제2016-0162154호, 제2016-0162153호 또는 제2016-0162152호 등에 개시된 방식에 따라서도 제조될 수 있다.There is no particular limitation on the method of manufacturing the metal alloy form applied to the manufacturing method, and the metal alloy form can be manufactured by applying a known method of manufacturing a metal form using germanium and another metal as a material. For example, for the metal alloy foam, a method of sintering a composite material of a pore former such as salt and a metal, a method of coating a metal on a support such as polymer foam and sintering in that state, or applying a slurry method or the like , Korean application Nos. 2017-0086014, 2017-0040971, 2017-0040972, 2016-0162154, 2016-0162153 or 2016-0162152, which are prior applications of the present applicant It can be.

예를 들면, 상기 금속합금폼은 상기 게르마늄 분말과 상기 다른 금속의 분말을 포함하는 슬러리로 성형된 전구체를 소결하여 제조할 수 있다. 즉, 상기 금속합금폼의 제조 방법은, 금속 성분으로서, 상기 게르마늄 분말 및 상기 다른 금속의 분말을 포함하는 금속 구조체(전구체)를 소결하여 다공성의 금속 소결체를 얻는 단계를 포함할 수 있다. For example, the metal alloy form may be prepared by sintering a precursor molded from a slurry containing the germanium powder and the powder of another metal. That is, the method of manufacturing the metal alloy form may include obtaining a porous metal sintered body by sintering a metal structure (precursor) including, as metal components, the germanium powder and the other metal powder.

상기에서 용어 금속 구조체 또는 전구체는, 상기 소결 등과 같이 금속합금폼을 형성하기 위해 수행되는 공정을 거치기 전의 구조체, 즉 금속합금폼을 형성하기 전의 구조체를 의미한다. 또한, 상기 금속 구조체는, 다공성 금속 구조체라고 호칭되더라도 반드시 그 자체로 다공성일 필요는 없으며, 최종적으로 다공성의 금속 구조체인 금속합금폼을 형성할 수 있는 것이라면, 편의상 다공성 금속 구조체라고 호칭될 수 있다. In the above, the term metal structure or precursor refers to a structure before a process performed to form a metal alloy form, such as sintering, that is, a structure before forming a metal alloy form. In addition, even if the metal structure is called a porous metal structure, it does not necessarily need to be porous per se, and if it can form a metal alloy form, which is a porous metal structure, it can be called a porous metal structure for convenience.

금속 구조체에 포함되는 금속 성분으로는, 게르마늄 분말 및 상기 다른 금속의 분말을 포함할 수 있다. 이들의 비율은 전술한 금속합금폼 내에서의 각각의 금속의 비율이 만족될 수 있도록 조절될 수 있다.The metal component included in the metal structure may include germanium powder and other metal powder. These ratios can be adjusted so that the ratio of each metal in the above-described metal alloy form can be satisfied.

상기 금속 분말(powder)은, 평균 입경이 약 0.01μm 내지 약 200μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.05μm 이상, 약 0.1μm 이상, 약 0.2μm 이상, 약 0.3μm 이상, 약 1μm 이상, 약 10μm 이상, 약 20μm 이상, 약 30μm 이상, 약 40 μm 이상, 약 50 μm 이상 또는 약 55 μm 이상일 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 150μm 이하, 100μm 이하, 90μm 이하, 80μm 이하, 70μm 이하, 60μm 이하, 50μm 이하, 40μm 이하, 30μm 이하, 20μm 이하, 10μm 이하, 5μm 이하, 1μm 이하 또는 0.5μm 이하일 수 있다. 상기 평균 입경은, 후술하는 실시예 항목에 기재된 방식으로 측정한 소위 메디안 입경(D50 입경)이다.The metal powder may have an average particle diameter ranging from about 0.01 μm to about 200 μm. In another example, the average particle diameter is about 0.05 μm or more, about 0.1 μm or more, about 0.2 μm or more, about 0.3 μm or more, about 1 μm or more, about 10 μm or more, about 20 μm or more, about 30 μm or more, about 40 μm or more, about 50 μm or more. μm or greater or about 55 μm or greater. In another example, the average particle diameter is about 150 μm or less, 100 μm or less, 90 μm or less, 80 μm or less, 70 μm or less, 60 μm or less, 50 μm or less, 40 μm or less, 30 μm or less, 20 μm or less, 10 μm or less, 5 μm or less, 1 μm or less, or 0.5 μm or less. can The average particle diameter is a so-called median particle diameter (D50 particle diameter) measured by the method described in the Examples below.

적절한 효과의 확보를 위해서 상기 금속 분말간의 평균 입경의 비율이 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 게르마늄 분말의 평균 입경(Ge)과 상기 다른 금속의 분말의 평균 입경(M)의 비율(M/Ge)은, 100 내지 500의 범위 내일 수 있다. 상기 비율(M/Ge)은 다른 예시에서 120 이상, 140 이상, 160 이상, 180 이상 또는 200 이상 정도이거나, 450 이하, 400 이하, 350 이하, 300 이하, 250 이하 또는 200 이하 정도일 수도 있다. 이러한 비율 하에서 목적하는 효과를 적절하게 발휘하는 금속합금폼을 얻을 수 있다.In order to secure an appropriate effect, the ratio of the average particle diameters of the metal powders may be controlled. For example, the ratio (M/Ge) of the average particle diameter (Ge) of the germanium powder and the average particle diameter (M) of the other metal powder may be in the range of 100 to 500. In another example, the ratio (M/Ge) may be 120 or more, 140 or more, 160 or more, 180 or more, or 200 or more, or 450 or less, 400 or less, 350 or less, 300 or less, 250 or less, or 200 or less. Under this ratio, it is possible to obtain a metal alloy form that exhibits desired effects appropriately.

상기에서 상기 게르마늄과는 다른 금속의 분말(powder)은, 평균 입경이 약 20μm 내지 약 200μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 25μm 이상, 약 30μm 이상, 약 35 μm 이상, 약 40 μm 이상, 약 45 μm 이상, 약 50 μm 이상, 약 55 μm 이상 또는 약 60 μm 이상 정도일 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 150μm 이하, 100μm 이하, 90μm 이하, 80μm 이하, 70μm 이하 또는 60μm 이하 정도일 수 있다.In the above, the powder of a metal other than germanium may have an average particle diameter in the range of about 20 μm to about 200 μm. In another example, the average particle diameter may be about 25 μm or more, about 30 μm or more, about 35 μm or more, about 40 μm or more, about 45 μm or more, about 50 μm or more, about 55 μm or more, or about 60 μm or more. In another example, the average particle diameter may be about 150 μm or less, 100 μm or less, 90 μm or less, 80 μm or less, 70 μm or less, or 60 μm or less.

본 출원에서 상기와 같은 금속 성분을 포함하는 금속 구조체를, 일 예시에서 상기 금속 성분, 분산제 및 바인더를 적어도 포함하는 슬러리(이하, 슬러리 A라고 호칭할 수 있음)를 사용하여 형성할 수 있다.In the present application, a metal structure including a metal component as described above may be formed using a slurry (hereinafter, referred to as slurry A) including at least the metal component, a dispersant, and a binder in one example.

상기 슬러리 A 내에서 금속 성분의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 점도나 공정 효율 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일 예시에서 슬러리 A 내에서의 금속 성분의 비율은 중량을 기준으로 0.5% 내지 95% 정도일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 1% 이상, 약 1.5% 이상, 약 2% 이상, 약 2.5% 이상, 약 3% 이상, 약 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상이거나, 약 90% 이하, 약 85% 이하, 약 80% 이하, 약 75% 이하, 약 70% 이하, 약 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하 정도일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.The ratio of the metal component in the slurry A is not particularly limited, and may be selected in consideration of a desired viscosity or process efficiency. In one example, the ratio of the metal component in the slurry A may be about 0.5% to 95% by weight, but is not limited thereto. In another example, the ratio is about 1% or more, about 1.5% or more, about 2% or more, about 2.5% or more, about 3% or more, about 5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 25% ≥ 30%, ≥ 35%, ≥ 40%, ≥ 45%, ≥ 50%, ≥ 55%, ≥ 60%, ≥ 65%, ≥ 70%, ≥ 75%, ≥ 80%, or about 90% or less, about 85% or less, about 80% or less, about 75% or less, about 70% or less, about 65% or less, 60% or less, 55% or less, 50% or less, 45% or less, 40% or less, 35% or less , 30% or less, 25% or less, 20% or less, 15% or less, 10% or less, or 5% or less, but is not limited thereto.

분산제로는, 예를 들면, 알코올이 적용될 수 있다. 알코올로는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 옥타놀, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 펜탄놀, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 글리세롤, 텍사놀(texanol) 또는 테르피네올(terpineol) 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 1가 알코올 또는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥산디올, 옥탄디올 또는 펜탄디올 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 2가 알코올 또는 그 이상의 다가 알코올 등이 사용될 수 있으나, 그 종류가 상기에 제한되는 것은 아니다.As the dispersant, for example, alcohol may be applied. As alcohol, methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, octanol, ethylene glycol, propylene glycol, pentanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, glycerol, texanol ( texanol) or C1-C20 monohydric alcohol such as terpineol, or C1-C20 dihydric alcohol or higher polyhydric alcohol, such as ethylene glycol, propylene glycol, hexanediol, octanediol or pentanediol, etc. This may be used, but the type is not limited to the above.

슬러리 A는 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 바인더의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 슬러리 A의 제조 시에 적용된 금속 성분이나 분산제 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더로는, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등의 폴리비닐알코올계 바인더 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Slurry A may further include a binder. The type of binder is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the type of metal component or dispersant used in preparing slurry A. For example, as the binder, an alkyl cellulose having an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms such as methyl cellulose or ethyl cellulose, a polyalkylene carbonate having an alkylene unit having 1 to 8 carbon atoms such as polypropylene carbonate or polyethylene carbonate, or Polyvinyl alcohol-based binders such as polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate may be exemplified, but are not limited thereto.

슬러리 A 내에서 각 성분의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 이러한 비율은 슬러리 A를 사용한 공정 시에 코팅성이나 성형성 등의 공정 효율을 고려하여 조절될 수 있다.The ratio of each component in the slurry A is not particularly limited. This ratio may be adjusted in consideration of process efficiency such as coatability or moldability during the process using slurry A.

예를 들면, 슬러리 A 내에서 바인더는 전술한 금속 성분 100 중량부 대비 약 1 내지 500 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 2 중량부 이상, 약 3 중량부 이상, 약 4 중량부 이상, 약 5 중량부 이상, 약 6 중량부 이상, 약 7 중량부 이상, 약 8 중량부 이상, 약 9 중량부 이상, 약 10 중량부 이상, 약 20 중량부 이상, 약 30 중량부 이상, 약 40 중량부 이상, 약 50 중량부 이상, 약 60 중량부 이상, 약 70 중량부 이상, 약 80 중량부 이상, 약 90 중량부 이상 또는 약 100 중량부 이상일 수 있고, 약 450 중량부 이하, 약 400 중량부 이하, 약 350 중량부 이하. 약 300 중량부 이하, 약 250 중량부 이하, 약 200 중량부 이하, 약 150 중량부 이하 또는 약 100 중량부 이하 정도일 수 있다.For example, in the slurry A, the binder may be included in an amount of about 1 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component. In another example, the ratio is about 2 parts by weight or more, about 3 parts by weight or more, about 4 parts by weight or more, about 5 parts by weight or more, about 6 parts by weight or more, about 7 parts by weight or more, about 8 parts by weight or more, about 9 parts by weight or more. At least about 10 parts by weight, at least about 20 parts by weight, at least about 30 parts by weight, at least about 40 parts by weight, at least about 50 parts by weight, at least about 60 parts by weight, at least about 70 parts by weight, about 80 parts by weight Or more, about 90 parts by weight or more or about 100 parts by weight or more, about 450 parts by weight or less, about 400 parts by weight or less, about 350 parts by weight or less. It may be about 300 parts by weight or less, about 250 parts by weight or less, about 200 parts by weight or less, about 150 parts by weight or less, or about 100 parts by weight or less.

슬러리 A 내에서 분산제는, 상기 바인더 100 중량부 대비 약 10 내지 2,000 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 20중량부 이상, 약 30중량부 이상, 약 40중량부 이상, 약 50중량부 이상, 약 60중량부 이상, 약 70중량부 이상, 약 80중량부 이상, 약 90중량부 이상, 약 100중량부 이상, 약 110중량부 이상, 약 120중량부 이상, 약 130중량부 이상, 약 140중량부 이상, 약 150중량부 이상, 약 160중량부 이상, 약 170중량부 이상, 약 180 중량부 이상, 약 190 중량부 이상, 약 200 중량부 이상, 약 300 중량부 이상, 약 400 중량부 이상, 약 500 중량부 이상, 약 550 중량부 이상, 약 600 중량부 이상 또는 약 650 중량부 이상일 수 있고, 약 1,800 중량부 이하, 약 1,600 중량부 이하, 약 1,400 중량부 이하, 약 1,200 중량부 이하, 약 1,000 중량부 이하, 약 800 중량부 이하, 약 600 중량부 이하, 약 400 중량부 이하, 약 300 중량부 이하, 약 250 중량부 이하 또는 약 200 중량부 이하, 약 150 중량부 이하 또는 약 120 중량부 이하 정도일 수 있다.The dispersant in the slurry A may be included in an amount of about 10 to 2,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder. In another example, the ratio is about 20 parts by weight or more, about 30 parts by weight or more, about 40 parts by weight or more, about 50 parts by weight or more, about 60 parts by weight or more, about 70 parts by weight or more, about 80 parts by weight or more, about 90 parts by weight or more. About 100 parts by weight or more, about 110 parts by weight or more, about 120 parts by weight or more, about 130 parts by weight or more, about 140 parts by weight or more, about 150 parts by weight or more, about 160 parts by weight or more, about 170 parts by weight or more, about 180 parts by weight or more, about 190 parts by weight or more, about 200 parts by weight or more, about 300 parts by weight or more, about 400 parts by weight or more, about 500 parts by weight or more, about 550 parts by weight or more, about 600 parts by weight or more; about 650 parts by weight or more, about 1,800 parts by weight or less, about 1,600 parts by weight or less, about 1,400 parts by weight or less, about 1,200 parts by weight or less, about 1,000 parts by weight or less, about 800 parts by weight or less, about 600 parts by weight or less, About 400 parts by weight or less, about 300 parts by weight or less, about 250 parts by weight or less or about 200 parts by weight or less, about 150 parts by weight or less or about 120 parts by weight or less.

슬러리 A에서 분산제나 바인더의 비율을 상기와 같이 제어함으로써, 목적하는 특성의 금속합금폼을 효과적으로 형성할 수 있다.By controlling the ratio of the dispersant or the binder in the slurry A as described above, it is possible to effectively form a metal alloy foam having desired characteristics.

슬러리 A는 필요하다면, 용매를 추가로 포함할 수 있다. 용매로는 슬러리 A의 성분, 예를 들면, 상기 금속 성분이나 바인더 등의 용해성을 고려하여 적절한 용매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 용매로는, 유전 상수가 약 10 내지 120의 범위 내에 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 유전 상수는 다른 예시에서 약 20 이상, 약 30 이상, 약 40 이상, 약 50 이상, 약 60 이상 또는 약 70 이상이거나, 약 110 이하, 약 100 이하 또는 약 90 이하일 수 있다. 이러한 용매로는, 물이나 에탄올, 부탄올 또는 메탄올 등의 탄소수 1 내지 8의 알코올, DMSO(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethyl formamide) 또는 NMP(N-methylpyrrolidinone) 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.Slurry A may further contain a solvent, if necessary. As the solvent, an appropriate solvent may be used in consideration of the solubility of the components of the slurry A, for example, the metal component or the binder. For example, a solvent having a dielectric constant within a range of about 10 to 120 can be used. In other examples, the dielectric constant may be about 20 or more, about 30 or more, about 40 or more, about 50 or more, about 60 or more, or about 70 or more, or about 110 or less, about 100 or less, or about 90 or less. Examples of such a solvent include alcohols having 1 to 8 carbon atoms such as water, ethanol, butanol, or methanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl formamide (DMF), or N-methylpyrrolidinone (NMP), but are not limited thereto. no.

용매가 적용될 경우에 상기는 상기 바인더 100 중량부 대비 약 50 내지 400 중량부의 비율로 슬러리 A 내에 존재할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.When the solvent is applied, it may be present in the slurry A in an amount of about 50 to 400 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder, but is not limited thereto.

슬러리 A는 상기 언급한 성분 외에 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다. 다만, 목적하는 기공 특성을 효과적으로 얻기 위해서 상기 슬러리는 소위 발포제를 포함하지 않을 수 있다. 용어 발포제는 업계에서 통상 발포제로 호칭되는 성분은 물론 슬러리 내의 다른 성분과의 관계에서 발포 효과를 나타낼 수 있는 성분도 포함된다. 따라서, 본 출원에서 금속합금폼을 제조하는 과정 중에는 발포 공정이 진행되지 않을 수 있다.The slurry A may contain additionally necessary known additives in addition to the above-mentioned components. However, in order to effectively obtain desired pore characteristics, the slurry may not contain a so-called foaming agent. The term blowing agent includes components commonly referred to as blowing agents in the art as well as components capable of exhibiting a foaming effect in relation to other components in the slurry. Therefore, the foaming process may not proceed during the process of manufacturing the metal alloy foam in the present application.

상기 슬러리 A를 사용하여 상기 금속 구조체(전구체)를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 금속합금폼의 제조 분야에서는 금속 구조체를 형성하기 위한 다양한 방식이 공지되어 있고, 본 출원에서는 이와 같은 방식이 모두 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 구조체는, 적정한 틀(template)에 상기 슬러리 A를 유지하거나, 혹은 슬러리 A를 적정한 방식으로 코팅하여 상기 금속 구조체를 형성할 수 있다.A method of forming the metal structure (precursor) using the slurry A is not particularly limited. In the field of manufacturing metal alloy foam, various methods for forming a metal structure are known, and all of these methods may be applied in the present application. For example, the metal structure may be formed by holding the slurry A in an appropriate template or by coating the slurry A in an appropriate manner.

이와 같은 금속 구조체의 형태는 목적하는 금속합금폼에 따라 정해지는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서 상기 금속 구조체는, 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 구조체가 필름 또는 시트 형태일 때에 그 두께는 목적하는 금속합금폼의 두께를 고려하여 조절될 수 있다. 금속합금폼은, 다공성인 구조적 특징상 일반적으로 브리틀한 특성을 가지고, 따라서 필름 또는 시트 형태, 특히 얇은 두께의 필름 또는 시트 형태로 제작이 어렵고, 제작하게 되어도 쉽게 부스러지는 문제가 있다. 그렇지만, 본 출원의 방식에 의해서는, 얇은 두께이면서도, 내부에 균일하게 기공이 형성되고, 기계적 특성이 우수한 금속합금폼의 형성이 가능하다.The shape of such a metal structure is determined according to the desired metal alloy form and is not particularly limited. In one example, the metal structure may be in the form of a film or sheet. For example, when the structure is in the form of a film or sheet, its thickness may be adjusted in consideration of the desired thickness of the metal alloy form. Metal alloy foam generally has brittle properties due to its porous structural characteristics, so it is difficult to manufacture it in the form of a film or sheet, especially in the form of a thin film or sheet, and there is a problem that it is easily broken even when manufactured. However, according to the method of the present application, it is possible to form a metal alloy foam having a thin thickness, uniform pores formed therein, and excellent mechanical properties.

본 출원의 다른 예시에서 상기 금속 성분을 포함하는 금속 구조체(전구체)를 상기 금속 성분, 수성 용매 및 유기 용매 및 계면 활성제를 슬러리(이하, 슬러리 B라고 호칭할 수 있음)를 사용하여 형성할 수 있다. 슬러리 B는 슬러리 A와는 달리 발포 성분을 포함하는 슬러리일 수 있다. In another example of the present application, a metal structure (precursor) including the metal component may be formed by using a slurry (hereinafter, referred to as slurry B) of the metal component, an aqueous solvent, an organic solvent, and a surfactant. . Unlike slurry A, slurry B may be a slurry containing a foaming component.

슬러리 B에 포함되는 금속 성분의 종류나 슬러리 내의 상기 금속 성분의 비율은 상기 슬러리 A의 경우와 같다.The type of the metal component contained in the slurry B or the ratio of the metal component in the slurry is the same as that of the slurry A.

상기 슬러리 B는, 금속 분말(상기 금속 성분)과 수성 용매와 유기 용매 및 계면활성제를 포함한다. 슬러리 내에서 상기 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제의 비율 및 종류를 조절하게 되면, 금속합금폼 전구체 내에서 미세 에멀젼이 형성되고, 이러한 에멀젼이 적정 조건에서 기화되면서 발포 공정이 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용제 및 수성 용매간의 증기압의 차이로 인해서 보다 큰 증기압을 가지는 성분이 발포 과정에서 기화되면서 금속합금폼의 기공 특성을 제어할 수 있다.The slurry B contains a metal powder (the metal component), an aqueous solvent, an organic solvent, and a surfactant. When the ratio and type of the aqueous solvent, organic solvent, and surfactant are adjusted in the slurry, a fine emulsion is formed in the metal alloy foam precursor, and the foaming process may proceed while the emulsion is vaporized under appropriate conditions. For example, due to the difference in vapor pressure between the organic solvent and the aqueous solvent, a component having a higher vapor pressure is vaporized during the foaming process, thereby controlling the porosity of the metal alloy foam.

상기에서 수성 용매로는, 물 또는 기타 극성 용매를 적용할 수 있으며, 대표적으로는 물이 적용될 수 있다. 이러한 수성 용매는 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 10 내지 100 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 수성 용매의 비율은 다른 예시에서 15 중량부 이상 정도, 20 중량부 이상 정도, 25 중량부 이상 정도, 30 중량부 이상 정도, 35 중량부 이상 정도, 40 중량부 이상 정도, 45 중량부 이상 정도, 50 중량부 이상 정도, 55 중량부 이상 정도 또는 60 중량부 이상 정도이거나, 95 중량부 이하 정도, 90 중량부 이하 정도, 85 중량부 이하 정도, 80 중량부 이하 정도, 75 중량부 이하 정도 또는 70 중량부 이하 정도일 수도 있다. As the aqueous solvent in the above, water or other polar solvents may be applied, and typically water may be applied. The aqueous solvent may be included in an amount of 10 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal powder in the slurry. In other examples, the ratio of the aqueous solvent is about 15 parts by weight or more, about 20 parts by weight or more, about 25 parts by weight or more, about 30 parts by weight or more, about 35 parts by weight or more, about 40 parts by weight or more, about 45 parts by weight or more. , About 50 parts by weight or more, about 55 parts by weight or more, or about 60 parts by weight or more, about 95 parts by weight or less, about 90 parts by weight or less, about 85 parts by weight or less, about 80 parts by weight or less, about 75 parts by weight or less, or It may be about 70 parts by weight or less.

상기 유기 용제로는, 특별한 제한 없이 적절한 종류가 선택될 수 있다. 이러한 유기 용제로는, 예를 들면, 탄화수소계 유기 용제를 적용할 수 있다. 상기 탄화수소계 유기 용제로는, 탄소수 4 내지 12의 유기 용제가 적용될 수 있으며, 구체적인 예로는 n-펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 이소헵탄, 옥탄, 톨루엔 또는 벤젠 등이 적용될 수 있다. 이러한 유기 용제는 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 유기 용제의 비율은 다른 예시에서 0.05 중량부 이상 정도, 0.1 중량부 이상 정도, 0.15 중량부 이상 정도, 0.2 중량부 이상 정도, 0.25 중량부 이상 정도, 0.3 중량부 이상 정도, 0.35 중량부 이상 정도, 0.4 중량부 이상 정도, 0.45 중량부 이상 정도, 0.5 중량부 이상 정도, 0.55 중량부 이상 정도, 0.6 중량부 이상 정도, 0.65 중량부 이상 정도, 0.7 중량부 이상 정도, 0.75 중량부 이상 정도, 0.8 중량부 이상 정도, 0.85 중량부 이상 정도, 0.9 중량부 이상 정도, 0.95 중량부 이상 정도, 1 중량부 이상 정도, 1.05 중량부 이상 정도, 1.1 중량부 이상 정도, 1.15 중량부 이상 정도, 1.2 중량부 이상 정도, 1.25 중량부 이상 정도, 1.3 중량부 이상 정도, 1.35 중량부 이상 정도, 1.4 중량부 이상 정도 또는 1.45 중량부 이상 정도이거나, 9 중량부 이하 정도, 8 중량부 이하 정도, 7 중량부 이하 정도, 6 중량부 이하 정도, 5 중량부 이하 정도, 4 중량부 이하 정도, 3 중량부 이하 정도 또는 2 중량부 이하 정도일 수도 있다. As the organic solvent, an appropriate kind may be selected without particular limitation. As such an organic solvent, a hydrocarbon-based organic solvent can be applied, for example. As the hydrocarbon-based organic solvent, an organic solvent having 4 to 12 carbon atoms may be applied, and specific examples include n-pentane, neopentane, hexane, isohexane, cyclohexane, heptane, isoheptane, octane, toluene, or benzene. can be applied The organic solvent may be included in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal powder in the slurry. In other examples, the ratio of the organic solvent is about 0.05 parts by weight or more, about 0.1 parts by weight or more, about 0.15 parts by weight or more, about 0.2 parts by weight or more, about 0.25 parts by weight or more, about 0.3 parts by weight or more, about 0.35 parts by weight or more. , about 0.4 parts by weight or more, about 0.45 parts by weight or more, about 0.5 parts by weight or more, about 0.55 parts by weight or more, about 0.6 parts by weight or more, about 0.65 parts by weight or more, about 0.7 parts by weight or more, about 0.75 parts by weight or more, 0.8 About 0.85 parts by weight or more, about 0.9 parts by weight or more, about 0.95 parts by weight or more, about 1 part by weight or more, about 1.05 parts by weight or more, about 1.1 parts by weight or more, about 1.15 parts by weight or more, 1.2 parts by weight More than 1.25 parts by weight, about 1.3 parts by weight or more, about 1.35 parts by weight or more, about 1.4 parts by weight or more, or about 1.45 parts by weight or more, about 9 parts by weight or less, about 8 parts by weight or less, 7 parts by weight or less It may be about 6 parts by weight or less, about 5 parts by weight or less, about 4 parts by weight or less, about 3 parts by weight or less, or about 2 parts by weight or less.

금속합금폼 전구체 내에서의 적절한 미세 에멀젼을 형성 및/또는 전술한 기화의 적합한 조절을 위해서 계면활성제가 포함될 수 있다.A surfactant may be included to form an appropriate microemulsion in the metal alloy foam precursor and/or to properly control the vaporization described above.

본 출원에서 계면활성제로는, 양쪽성 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 상기 중에서 2종 이상의 혼합물을 적용할 수 있다. 경우에 따라서는 양쪽성 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제 중에서 어느 한 종류의 계면활성제가 사용되는 경우에도 그 한 종류 내에서 서로 다른 구조의 2 이상의 계면활성제의 혼합이 적용될 수도 있다.As the surfactant in the present application, any one selected from the group consisting of amphoteric surfactants, nonionic surfactants and anionic surfactants or a mixture of two or more of the above may be applied. In some cases, even when any one type of surfactant among amphoteric surfactants, nonionic surfactants, and anionic surfactants is used, a mixture of two or more surfactants having different structures within one type may be applied.

위와 같은 계면활성제 중에서 목적하는 미세 에멀젼을 형성하기 위한 적정한 종류가 선택될 수 있으며, 이 과정에서 적용된 수성 용매 및 유기 용제의 종류가 고려될 수 있다.Among the above surfactants, an appropriate type for forming a desired microemulsion may be selected, and the type of aqueous solvent and organic solvent applied in this process may be considered.

음이온 계면활성제는, 공지된 바와 같이 계면 활성을 나타내는 부분이 음이온인 계면활성제이고, 음이온 계면활성제로는, 예를 들면, 카복실레이트(carboxylate) 화합물, 설페이트(sulfate) 화합물, 이세티오네이트(isethionate) 화합물, 설포석시네이트(sulfosuccinate) 화합물, 타우레이트(taurate) 화합물 및/또는 글루타메이트(glutamate) 화합물이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.As is well known, anionic surfactants are surfactants in which a moiety exhibiting surface activity is an anion, and examples of anionic surfactants include carboxylate compounds, sulfate compounds, and isethionate Compound, sulfosuccinate compound, taurate compound and/or glutamate compound may be applied, but is not limited thereto.

비이온 계면활성제는, 공지된 바와 같이 이온으로 분리되지 않는 계면활성제이고, 이러한 계면활성제로는 예를 들면, 알킬 폴리글루코사이드계 계면활성제, 지방산 알카놀 아마이드계 계면활성제, 또는 아민 옥사이드계와 고급 알코올에 에틸렌옥시드가 부가된 형태 및 오일에 에틸렌옥시드가 부가된 형태의 계면활성제 등이 사용될 수 있다.Nonionic surfactants, as is known, are surfactants that do not dissociate into ions, and such surfactants include, for example, alkyl polyglucoside surfactants, fatty acid alkanol amide surfactants, or amine oxide-based surfactants and higher alcohols. Surfactants of a type in which ethylene oxide is added to oil and a type in which ethylene oxide is added to oil may be used.

양쪽성 계면활성제는, 음이온 부위와 양이온 부위를 동시에 가지는 계면활성제이며, 이러한 계면활성제로는, 베타인류, 예를 들면, 코카미도프로필 베타인이나, 라우라미도프로필 베타인, 코코베타인 또는 라우릴 베타인 등이나, 설테인계, 예를 들면, 라우릴히드록시설테인, 라우라미도프로필설테인, 코카미도프로필히드록시설테인 또는 코코설테인 등이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.An amphoteric surfactant is a surfactant having both anionic and cationic moieties, and such surfactants include betaines such as cocamidopropyl betaine, lauramidopropyl betaine, cocobetaine, or lauryl betaine. Phosphorus, etc., or sultaine type, for example, lauryl hydroxysulfane, lauramidopropyl sultaine, cocamidopropyl hydroxysultaine or coco sultaine may be applied, but is not limited thereto.

계면활성제로는, 상기 언급된 각 화학식의 음이온, 비이온 또는 양쪽성 계면활성제 중 어느 한 종류의 계면활성제가 단독으로 사용되거나, 2종 이상의 계면활성제가 혼합되어 사용될 수 있다. As the surfactant, any one type of surfactant among the anionic, nonionic or amphoteric surfactants of the above-mentioned chemical formulas may be used alone or two or more types of surfactants may be used in combination.

계면활성제는, 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 대략 1.5 중량부 이상 정도, 2 중량부 이상 정도, 2.5 중량부 이상 정도, 3 중량부 이상 정도, 3.5 중량부 이상 정도, 4 중량부 이상 정도 또는 4.5 중량부 이상 정도이거나, 9.5 중량부 이하 정도, 9 중량부 이하 정도, 8.5 중량부 이하 정도, 8 중량부 이하 정도, 7.5 중량부 이하 정도, 7 중량부 이하 정도, 6.5 중량부 이하 정도, 6 중량부 이하 또는 5.5 중량부 이하 정도일 수도 있다.The surfactant may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal powder in the slurry. In another example, the ratio is about 1.5 parts by weight or more, about 2 parts by weight or more, about 2.5 parts by weight or more, about 3 parts by weight or more, about 3.5 parts by weight or more, about 4 parts by weight or more, or about 4.5 parts by weight or more, About 9.5 parts by weight or less, about 9 parts by weight or less, about 8.5 parts by weight or less, about 8 parts by weight or less, about 7.5 parts by weight or less, about 7 parts by weight or less, about 6.5 parts by weight or less, about 6 parts by weight or less, or 5.5 parts by weight or less It may be less or less.

슬러리 B도, 상기 성분 외에도 필요한 성분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 슬러리는 바인더를 추가로 포함할 수 있다.The slurry B may also further contain necessary components in addition to the above components. For example, the slurry may further include a binder.

바인더로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, 수용성을 가지는 바인더나, 슬러리의 제조 시에 적용된 금속 분말, 수성 용매, 유기 용제 및/또는 계면활성제 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더로는, 전술한 제 1 슬러리에서 바인더로서 기술한 것과 동일한 종류의 물질이 적용될 수 있다. The binder is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the type of, for example, a water-soluble binder, a metal powder, an aqueous solvent, an organic solvent, and/or a surfactant applied in preparing the slurry. For example, as the binder, the same type of material as described as the binder in the first slurry may be applied.

바인더는, 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 1 내지 100 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 2 중량부 이상 정도, 3 중량부 이상 정도, 4 중량부 이상 정도, 5 중량부 이상 정도, 6 중량부 이상 정도, 7 중량부 이상 정도, 8 중량부 이상 정도, 9 중량부 이상 정도 또는 10 중량부 이상 정도이거나, 90 중량부 이하 정도, 80 중량부 이하 정도, 70 중량부 이하 정도, 60 중량부 이하 정도, 50 중량부 이하 정도, 40 중량부 이하 정도, 30 중량부 이하 정도, 20 중량부 이하 정도 또는 15 중량부 이하 정도일 수도 있다. 이러한 비율 하에서 목적하는 기공 특성의 금속합금폼을 효과적으로 제조할 수 있다.The binder may be included in an amount of 1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal powder in the slurry. In other examples, the ratio is about 2 parts by weight or more, about 3 parts by weight or more, about 4 parts by weight or more, about 5 parts by weight or more, about 6 parts by weight or more, about 7 parts by weight or more, about 8 parts by weight or more, about 9 parts by weight or more. About 10 parts by weight or more, About 90 parts by weight or less, About 80 parts by weight or less, About 70 parts by weight or less, About 60 parts by weight or less, About 50 parts by weight or less, About 40 parts by weight or less, About 30 parts by weight It may be about 20 parts by weight or less, or about 15 parts by weight or less. Under this ratio, a metal alloy foam having desired porosity characteristics can be effectively manufactured.

금속합금폼 또는 그 전구체에 가소성을 부여하기 위해서 슬러리 B는 가소제를 추가로 포함할 수도 있다. 가소제로는, 전술한 슬러리 시스템 또는 금속합금폼에 가소성을 부여할 수 있는 적절한 종류가 선택될 수 있으며, 예를 들면, 다가 알코올, 유지, 에테르 화합물 또는 에스테르 화합물 등이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In order to impart plasticity to the metal alloy form or its precursor, slurry B may further include a plasticizer. As the plasticizer, an appropriate type capable of imparting plasticity to the above-described slurry system or metal alloy form may be selected, and for example, polyhydric alcohol, fat, ether compound or ester compound may be applied, but is limited thereto It is not.

가소제는 포함되는 경우, 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 0.5 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 1 중량부 이상 정도, 1.5 중량부 이상 정도, 2 중량부 이상 정도, 2.5 중량부 이상 정도 또는 3 중량부 이상 정도이거나, 9 중량부 이하 정도, 8 중량부 이하 정도, 7 중량부 이하 정도, 6 중량부 이하 정도, 5 중량부 이하 정도 또는 4 중량부 이하 정도일 수도 있다. 이러한 비율 하에서 목적하는 기공 특성의 금속합금폼을 효과적으로 제조할 수 있다.When included, the plasticizer may be included in a ratio of 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal powder in the slurry. In another example, the ratio is about 1 part by weight or more, about 1.5 parts by weight or more, about 2 parts by weight or more, about 2.5 parts by weight or more, or about 3 parts by weight or more, about 9 parts by weight or less, about 8 parts by weight or less, about 7 parts by weight or less. It may be about 6 parts by weight or less, about 5 parts by weight or less, or about 4 parts by weight or less. Under this ratio, a metal alloy foam having desired porosity characteristics can be effectively manufactured.

슬러리 B는 상기 언급한 성분 외에 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다.Slurry B may also contain known additives required in addition to the above-mentioned components.

상기 슬러리 B를 사용하여 상기 금속합금폼 전구체를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 슬러리 A의 경우와 같다.The method of forming the metal alloy foam precursor using the slurry B is not particularly limited, and is the same as the case of slurry A.

상기와 같은 방식으로 형성된 금속 구조체를 소결하여 다공성 금속 소결체를 형성할 수 있다. 이러한 경우에 상기 금속합금폼을 제조하기 위한 소결을 수행하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소결법을 적용할 수 있다. 즉, 적절한 방식으로 상기 금속 구조체에 적정한 양의 열을 인가하는 방식으로 상기 소결을 진행할 수 있다.A porous metal sintered body may be formed by sintering the metal structure formed in the above manner. In this case, a method of performing sintering for producing the metal alloy form is not particularly limited, and a known sintering method may be applied. That is, the sintering may be performed by applying an appropriate amount of heat to the metal structure in an appropriate manner.

열을 인가하여 금속 구조체를 소결하는 경우에 인가되는 열은 특별히 제한되지 않는다. 즉, 사용된 금속의 성질이나 목적하는 기계적 강도 등을 고려하여 열의 인가 조건을 적절하게 조절하면 된다.In the case of sintering the metal structure by applying heat, the applied heat is not particularly limited. That is, heat application conditions may be appropriately adjusted in consideration of the properties of the metal used or the desired mechanical strength.

일 예시에서 상기 소결은 수소 가스, 질소 가스 및/또는 불활성 가스(아르곤 가스 등)의 분위기 하에서 수행될 수 있다.In one example, the sintering may be performed under an atmosphere of hydrogen gas, nitrogen gas, and/or an inert gas (such as argon gas).

특히, 위 방식에서 소결이 소정의 산소 분압 하에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 소결은, 10-19 atm 내지 10-15 atm의 산소 분압 하에서 수행할 수 있다. 상기 산소 분압은 다른 예시에서 5×10-19 atm 이상, 10-18 atm 이상, 1.5×10-18 atm 이상, 2×10-18 atm 이상 또는 2.24×10-18 atm 이상이거나, 5×10-16 atm 이하, 1.58×10-16 atm 이하, 10-17 atm 이하, 5×10-18 atm 또는 3×10-18 atm 이하 정도일 수도 있다. 산소 분압을 위와 같이 제어하는 것에 의해서 전구체 내에 있는 유기물은 적절하게 연소시키면서 동시에 금속 성분의 산화는 최소화하거나 억제할 수 있다.In particular, in the above manner, sintering may be performed under a predetermined oxygen partial pressure. For example, the sintering may be performed under an oxygen partial pressure of 10 −19 atm to 10 −15 atm. In another example, the oxygen partial pressure is 5×10 -19 atm or higher, 10 -18 atm or higher, 1.5×10 -18 atm or higher, 2×10 -18 atm or higher, or 2.24×10 -18 atm or higher, or 5×10 -18 atm or higher. It may be about 16 atm or less, 1.58×10 -16 atm or less, 10 -17 atm or less, 5×10 -18 atm or less, or 3×10 -18 atm or less. By controlling the oxygen partial pressure as described above, it is possible to properly burn organic matter in the precursor and at the same time minimize or suppress oxidation of metal components.

소결 시에 산소 분압을 위와 같이 조절하는 방식에는 특별한 제한은 없다.There is no particular limitation on the method of controlling the oxygen partial pressure during sintering as described above.

일 예시에서 상기 소결은, 약 700℃ 내지 1,100℃의 범위 내의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 소결 온도는 다른 예시에서 약 750℃ 이상, 800℃ 이상, 850℃ 이상 또는 900℃ 이상 정도이거나, 1,050℃ 이하, 1,000℃ 이하, 950℃ 이하 또는 900℃ 이하 정도일 수도 있다.In one example, the sintering may be performed at a temperature within the range of about 700 °C to 1,100 °C. In another example, the sintering temperature may be about 750 ° C or higher, 800 ° C or higher, 850 ° C or higher, or 900 ° C or higher, or 1,050 ° C or lower, 1,000 ° C or lower, 950 ° C or lower, or 900 ° C or lower.

위와 같은 소결 온도에서 전구체 내에 있는 유기물은 적절하게 연소시키면서 동시에 금속 성분의 산화는 최소화하거나 억제할 수 있다.At the above sintering temperature, organic materials in the precursor are appropriately burned while at the same time, oxidation of metal components can be minimized or suppressed.

소결 시간도 적절하게 조절될 수 있으며, 예를 들면, 약 30분 내지 600분의 범위 내의 시간 동안 소결될 수 있다.The sintering time can also be appropriately adjusted, and sintering can be performed for a time within a range of about 30 minutes to 600 minutes, for example.

슬러리 B로 형성한 금속 전구체의 경우, 소결 공정 전에 발포 공정이 진행될 수도 있다. 발포 공정은, 슬러리 B로 형성되거나, 슬러리 A와 B를 함께 사용하여 형성된 전구체의 경우에 적용되고, 슬러리 A만 사용한 경우에는 적용되지 않을 수 있다. 발포 공정은, 예를 들어, 전구체 내에서 목적하는 미세 에멀젼이 형성된 상태에서 상기 에멀젼을 기화시키는 방식으로 발포 공정이 진행될 수 있다. 예를 들면, 상기 발포 공정은, 금속합금폼 전구체를 약 20℃ 내지 100℃의 범위 내의 온도에서 적정 시간 동안 유지하여 수행할 수 있다. 이러한 조건에서 수성 용매와 유기 용제간의 증기압의 차이에 의해서 미세 에멀젼이 기화하면서 발포 공정이 진행될 수 있다. 상기 발포 공정 시간은 목적에 따라 정해지는 것으로서 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 1분 내지 10 시간 정도의 범위 내의 시간 동안 수행될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In the case of the metal precursor formed from the slurry B, a foaming process may be performed before the sintering process. The foaming process is applied in the case of a precursor formed from slurry B or formed using slurries A and B together, and may not be applied when only slurry A is used. The foaming process may proceed, for example, in a manner of vaporizing the emulsion in a state in which a desired fine emulsion is formed in the precursor. For example, the foaming process may be performed by maintaining the metal alloy foam precursor at a temperature within a range of about 20° C. to 100° C. for an appropriate time. Under these conditions, the foaming process may proceed while the fine emulsion is vaporized due to the difference in vapor pressure between the aqueous solvent and the organic solvent. The foaming process time is determined according to the purpose and is not particularly limited. For example, it may be performed for a time within a range of about 1 minute to 10 hours, but is not limited thereto.

상기와 같은 방식으로 소결체를 형성하고, 필요한 경우에 적절한 후처리(예를 들면, 세정이나 건조 등)를 거쳐서 금속합금폼을 제조할 수 있다. 이어서 상기 금속합금폼의 표면 및/또는 내부(내부 기공의 표면)에 실리콘이 도입될 수 있다.A metal alloy form can be manufactured by forming a sintered body in the above manner and, if necessary, subjecting it to appropriate post-treatment (eg, washing or drying). Subsequently, silicon may be introduced into the surface and/or inside (surface of internal pores) of the metal alloy form.

실리콘을 도입하는 방식에는 특별한 제한은 없으며, 공지의 전해 도금, 무전해 도금 혹은 기타 전기화학적 도금 방식으로 수행할 수 있다.The method of introducing silicon is not particularly limited, and may be performed by a known electrolytic plating, electroless plating, or other electrochemical plating method.

즉, 상기 실리콘은, 도금 방식으로 상기 금속합금폼의 표면 및/또는 내부(내부 기공의 표면)에 증착되어 도입될 수 있다.That is, the silicon may be introduced by being deposited on the surface and/or inside (surface of internal pores) of the metal alloy form by a plating method.

상기 도금을 수행하는 방식에는 특별한 제한은 없으며, 공지의 도금 방식이 적용될 수 있다. 예를 들면, 염화실리콘(SiCl4)과 같은 실리콘 전구체가 존재하는 용액 내에서 상기 금속합금폼을 작동 전극(working electrode)로 적용하여 실리콘을 증착하는 방법 등이 사용될 수 있다.The plating method is not particularly limited, and a known plating method may be applied. For example, a method of depositing silicon by applying the metal alloy foam as a working electrode in a solution in which a silicon precursor such as silicon chloride (SiCl 4 ) is present may be used.

상기 도금의 조건에도 특별한 제한은 없으며, 목적하는 양의 실리콘이 도입될 수 있도록 제어될 수 있다.The plating conditions are not particularly limited and can be controlled so that a desired amount of silicon can be introduced.

본 출원은, 복합재, 그의 이차 전지 전극(예를 들면, 음극)으로서의 용도, 상기 복합재를 포함하는 전극 조립체 및 이차 전지, 그리고 상기 복합재의 제조 방법을 제공한다.The present application provides a composite material, its use as a secondary battery electrode (eg, negative electrode), an electrode assembly and secondary battery comprising the composite material, and a method for manufacturing the composite material.

본 출원에서는, 실리콘 소재가 적용된 전극으로서, 높은 용량을 나타내고, 반복되는 충방전 시에도 용량의 안정적으로 유지되는 우수한 수명 특성을 가지는 전극을 제공할 수 있다.In the present application, as an electrode to which a silicon material is applied, it is possible to provide an electrode having excellent lifespan characteristics that exhibits high capacity and stably maintains capacity even during repeated charging and discharging.

도 1은 본 출원의 복합재가 음극으로 적용된 코인셀에 대한 충방전 테스트 결과를 보여주는 도면이다.1 is a diagram showing a charge/discharge test result for a coin cell to which a composite material of the present application is applied as a negative electrode.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.The present application will be specifically described through examples and comparative examples below, but the scope of the present application is not limited to the following examples.

1. 금속 분말의 평균 입경의 측정1. Measurement of average particle diameter of metal powder

금속 분말(활물질)의 평균 입경은 레이저 회절법(laser diffraction method)으로 측정하고, 체적 기준 입도 분포 곡선에서 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경(D50 입경)을 평균 입경으로 하였다. 상기 레이저 회절법은, KS L 1614 규격에 따라 수행하였다.The average particle diameter of the metal powder (active material) was measured by a laser diffraction method, and a particle diameter (D50 particle diameter) corresponding to 50% of the volume cumulative amount in the volume-based particle size distribution curve was set as the average particle diameter. The laser diffraction method was performed according to KS L 1614 standard.

실시예 1. Example 1.

금속합금폼의 제조Manufacture of metal alloy foam

평균 입경(D50 입경)이 약 60 μm의 범위 내인 구리(Cu) 분말 및 평균 입경(D50 입경)이 약 0.3 μm인 게르마늄(Ge) 분말을 10:1의 중량 비율(Cu:Ge)로 혼합하여 금속 성분으로 사용하였다. 이어서 상기 금속 성분을 부탄올 및 에틸 셀룰로오스와 1:0.9:0.1의 중량 비율(금속성분:부탄올:에틸 셀룰로오스)로 혼합하여 슬러리를 제조하였다.Copper (Cu) powder with an average particle diameter (D50 particle diameter) within the range of about 60 μm and germanium (Ge) powder with an average particle diameter (D50 particle diameter) of about 0.3 μm are mixed at a weight ratio (Cu:Ge) of 10:1. Used as a metal component. Subsequently, a slurry was prepared by mixing the metal component with butanol and ethyl cellulose in a weight ratio of 1:0.9:0.1 (metal component:butanol:ethyl cellulose).

상기 슬러리를 두께가 200μm 정도인 그래파이트 호일(graphite foil)에 약 400μm 정도의 두께로 바코팅하였다. 바코팅 후에 코팅층을 약 100℃에서 30분 유지하여 건조하고, 다시 H2/N2 가스 분위기에서 900℃에서 2 시간 소결하여 금속합금폼을 제조하였다. 상기 소결 시에 산소 분압(Oxygen partial pressure)(pO2)은 약 2.24 Х 10-18 atm 정도로 조절하였다. 제조된 금속합금폼의 기공의 크기는 약 1 내지 10μm 정도의 범위 내이고, 기공율은 약 72% 정도였다.The slurry was bar-coated to a thickness of about 400 μm on a graphite foil having a thickness of about 200 μm. After bar coating, the coating layer was maintained at about 100° C. for 30 minutes to dry, and then sintered at 900° C. for 2 hours in an H 2 /N 2 gas atmosphere to prepare a metal alloy form. During the sintering, the oxygen partial pressure (pO 2 ) was adjusted to about 2.24 Х 10 -18 atm. The pore size of the prepared metal alloy foam was in the range of about 1 to 10 μm, and the porosity was about 72%.

전극의 제조manufacture of electrodes

상기 금속합금폼상에 전기화학적 도금 방식으로 실리콘을 증착시켰다. 구체적으로는, 프로필렌 카보네이트에 SiCl4를 약 0.5 M의 농도로 용해시키고, 다시 테트라부틸암모늄 클로라이드를 약 0.1 M의 농도로 용해시켜 용액을 제조하였다. 상기 용액에 상기 제조된 금속합금폼을 작동 전극(working electrode)으로 적용하고, 상대 전극(counter electrode)으로는 Pt 플레이트를 적용하고, 기준 전극(reference electrode)으로는 Ag 와이어를 이용하여 -1.5V의 전압으로 약 1 시간 정도 도금을 진행하고, 프로필렌으로 세척한 후에 다시 아세톤으로 세척하여 전극을 제조하였다. 상기 과정에서 금속합금폼에 실리콘이 증착되었는지 여부는 EDS(Energy Dispersive X-ray spectroscopy) 분석을 통해서 확인하였다. 금속합금폼에 증착된 실리콘의 양은 약 0.9 mg/cm2 정도였다. 상기 실리콘의 양은 실리콘 증착 전후의 무게를 통해서 구해진 실리콘의 양을 상기 금속합금폼의 면적으로 나눈 값이다.Silicon was deposited on the metal alloy form by electrochemical plating. Specifically, a solution was prepared by dissolving SiCl 4 in propylene carbonate at a concentration of about 0.5 M and then dissolving tetrabutylammonium chloride at a concentration of about 0.1 M. The prepared metal alloy form was applied to the solution as a working electrode, a Pt plate was applied as a counter electrode, and -1.5V was applied using an Ag wire as a reference electrode. Plating was performed for about 1 hour at a voltage of , and washed with propylene and then washed again with acetone to prepare an electrode. In the above process, whether or not silicon was deposited on the metal alloy form was confirmed through EDS (Energy Dispersive X-ray spectroscopy) analysis. The amount of silicon deposited on the metal alloy form was about 0.9 mg/cm 2 . The amount of silicon is a value obtained by dividing the amount of silicon obtained through the weight before and after silicon deposition by the area of the metal alloy form.

또한, 상기 실리콘이 증착된 금속합금폼은 두께 및 기공율은, 실리콘 증착 전의 금속합금폼과 대략 동일하였다.In addition, the thickness and porosity of the metal alloy form on which the silicon was deposited were substantially the same as those of the metal alloy form before silicon deposition.

비교예 1. Comparative Example 1.

금속폼의 제조Manufacture of metal foam

금속 성분으로서, 평균 입경(D50 입경)이 약 60 μm의 범위 내인 구리(Cu) 분말만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 금속폼을 제조하였다. 제조된 금속폼은 두께 및 기공율은 실시예 1의 금속합금폼과 동일하였다. As a metal component, a metal foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that only copper (Cu) powder having an average particle diameter (D50 particle diameter) within a range of about 60 μm was used. The prepared metal foam had the same thickness and porosity as the metal alloy foam of Example 1.

전극의 제조manufacture of electrodes

상기 제조된 금속폼상에 실시예 1과 동일한 방식으로 실리콘을 증착시켰다. 구체적으로는, 프로필렌 카보네이트에 SiCl4를 약 0.5 M의 농도로 용해시키고, 다시 테트라부틸암모늄 클로라이드를 약 0.1 M의 농도로 용해시켜 용액을 제조하였다. 상기 용액에 상기 제조된 금속폼을 작동 전극(working electrode)으로 적용하고, 상대 전극(counter electrode)으로는 Pt 플레이트를 적용하고, 기준 전극(reference electrode)으로는 Ag 와이어를 이용하여 -1.5V의 전압으로 약 1 시간 정도 도금을 진행하고, 프로필렌으로 세척한 후에 다시 아세톤으로 세척하여 전극을 제조하였다.Silicon was deposited on the prepared metal foam in the same manner as in Example 1. Specifically, a solution was prepared by dissolving SiCl 4 in propylene carbonate at a concentration of about 0.5 M and then dissolving tetrabutylammonium chloride at a concentration of about 0.1 M. Applying the prepared metal foam to the solution as a working electrode, applying a Pt plate as a counter electrode, and using an Ag wire as a reference electrode, -1.5V Plating was performed for about 1 hour with a voltage, followed by washing with propylene and then again with acetone to prepare an electrode.

비교예 2. Comparative Example 2.

두께가 약 50μm 정도인 구리 호일에 대해서 실시예 1과 동일한 전기화학적 도금 방식으로 실리콘을 증착하여 전극을 제조하였다.An electrode was prepared by depositing silicon on a copper foil having a thickness of about 50 μm in the same electrochemical plating method as in Example 1.

시험예 1. 충방전 테스트Test Example 1. Charge and discharge test

실시예 또는 비교예에서 제조된 전극을 음극으로 적용하여 코인셀을 제조하고, 충방전 테스트를 진행하였다.A coin cell was manufactured by applying the electrode prepared in Example or Comparative Example as a negative electrode, and a charge/discharge test was performed.

상기 코인셀은 CR2032 규격의 코인셀 키트(Wellcos Co., Ltd, Korea)를 사용하여 제작하였으며, 양극으로는 두께가 약 100μm인 리튬 호일(Li Foil)을 사용하고, 전해질로는, 카보네이트계 전해질로서, 1M LiPF6 in EC(Ethylene carbonate)/EMC(Ethylmethyl carbonate)(3/7, v/v, (유)한국지티에이치알, Korea)를 사용하였다.The coin cell was manufactured using a CR2032 standard coin cell kit (Wellcos Co., Ltd, Korea), a lithium foil (Li Foil) having a thickness of about 100 μm was used as an anode, and a carbonate-based electrolyte was used as an electrolyte. As, 1M LiPF 6 in EC (Ethylene carbonate) / EMC (Ethylmethyl carbonate) (3/7, v / v, Korea GTR, Korea) was used.

그 후 제조된 코인셀에 대해서 충방전 테스트를 진행하였다. 충방전 테스트는, 첫번째와 두번째 사이클은 0.1C로 충방전을 하고, 세번째 사이클부터는 0.5C로 충방전을 수행하였으며, 0.5C로 충방전을 수행하는 것은 50회 반복하였다(충전 조건: CC/CV, 5 mV/0.005C cuf-off, 방전 조건: CC, 1.5V cut off).Thereafter, a charge/discharge test was performed on the manufactured coin cell. In the charge/discharge test, the first and second cycles were charged and discharged at 0.1C, the third cycle was charged and discharged at 0.5C, and charging and discharging at 0.5C was repeated 50 times (charging conditions: CC/CV). , 5 mV/0.005C cuf-off, discharge conditions: CC, 1.5V cut off).

하기 표 1은, 실시예 및 비교예에서 사이클별로 확인된 용량을 정리하여 기재한 것이다. 하기 표 1에서 0 cycle은, 충방전을 수행하기 전에 코인셀의 방전 용량이고, 1 cycle은 1회 충방전(0.1C로 충방전 1회) 후의 코인셀의 방전 용량이며, 2 cycle은 2회 충방전(0.1C로 충방전 2회) 후의 코인셀의 방전 용량이고, 50 cycle은 50회 충방전(0.1C로 충방전 2회+0.5C로 충방전 48회) 후의 코인셀의 방전 용량이다.Table 1 below summarizes the capacity confirmed for each cycle in Examples and Comparative Examples. In Table 1 below, cycle 0 is the discharge capacity of the coin cell before charging and discharging, cycle 1 is the discharge capacity of the coin cell after charging and discharging once (charging and discharging once at 0.1C), and cycle 2 is the discharge capacity of the coin cell twice. The discharge capacity of a coin cell after charging and discharging (2 charging and discharging at 0.1 C), and 50 cycles is the discharge capacity of a coin cell after 50 charging and discharging (2 charging and discharging at 0.1 C + 48 charging and discharging at 0.5 C). .

방전 용량(mAh/g)Discharge capacity (mAh/g) 0 Cycle0 Cycle 1 Cycle1 Cycle 2 Cycle2 Cycle 50 Cycle50 Cycles 실시예1Example 1 35003500 32503250 31203120 27622762 비교예1Comparative Example 1 35003500 29982998 27882788 20982098 비교예2Comparative Example 2 35003500 31173117 29412941 24252425

Claims (15)

게르마늄과 상기 게르마늄과는 다른 금속을 포함하는 금속 합금을 포함하는 금속합금폼; 및
상기 금속합금폼의 표면 또는 내부에 존재하는 실리콘을 포함하는 복합재.
a metal alloy form including a metal alloy including germanium and a metal different from the germanium; and
A composite material containing silicon present on or inside the metal alloy form.
제 1 항에 있어서, 게르마늄과는 다른 금속이 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 구리, 은 및 카드뮴으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 복합재.The composite material according to claim 1, wherein the metal other than germanium is at least one selected from the group consisting of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, copper, silver and cadmium. 제 1 항에 있어서, 금속합금폼은, 게르마늄을 0.1 중량% 내지 20 중량%로 포함하는 복합재.The composite material according to claim 1, wherein the metal alloy form contains 0.1 wt % to 20 wt % of germanium. 제 3 항에 있어서, 금속합금폼은 게르마늄과는 다른 금속을 상기 게르마늄 100 중량부 대비 500 내지 3000 중량부로 포함하는 복합재.The composite material according to claim 3, wherein the metal alloy form includes 500 to 3000 parts by weight of a metal other than germanium, based on 100 parts by weight of the germanium. 제 1 항에 있어서, 금속합금폼은 기공율이 30% 내지 90%의 범위 내에 있는 복합재.The composite material according to claim 1, wherein the metal alloy foam has a porosity in the range of 30% to 90%. 제 1 항에 있어서, 금속합금폼은 두께가 0.5μm 내지 1,000μm의 범위 내인 복합재.The composite material according to claim 1, wherein the metal alloy foam has a thickness ranging from 0.5 μm to 1,000 μm. 제 1 항에 있어서, 실리콘은 금속합금폼의 표면 또는 내부에 증착되어 층을 형성하고 있는 복합재.The composite material according to claim 1, wherein silicon is deposited on or inside the metal alloy form to form a layer. 제 1 항에 있어서, 실리콘을 0.1 내지 10 mg/cm2의 양으로 포함하는 복합재.The composite of claim 1 comprising silicon in an amount of 0.1 to 10 mg/cm 2 . 게르마늄과 상기 게르마늄과는 다른 금속을 포함하는 금속 합금을 포함하는 금속합금폼; 및
상기 금속합금폼의 표면에 존재하는 실리콘을 포함하는 이차 전지용 음극.
a metal alloy form including a metal alloy including germanium and a metal different from the germanium; and
A negative electrode for a secondary battery comprising silicon present on the surface of the metal alloy form.
양극; 음극 및 상기 양극과 음극의 사이에 분리막을 포함하며,
상기 음극은,
게르마늄과 상기 게르마늄과는 다른 금속을 포함하는 금속 합금을 포함하는 금속합금폼; 및
상기 금속합금폼의 표면에 존재하는 실리콘을 포함하는 전극 조립체.
anode; A negative electrode and a separator between the positive electrode and the negative electrode,
The cathode is
a metal alloy form including a metal alloy including germanium and a metal different from the germanium; and
Electrode assembly containing silicon present on the surface of the metal alloy form.
제 10 항의 전극 조립체를 포함하는 2차 전지.A secondary battery comprising the electrode assembly of claim 10. 게르마늄과 상기 게르마늄과는 다른 금속을 포함하는 금속합금폼의 표면 또는 내부에 실리콘을 형성하는 단계를 포함하는 복합재의 제조 방법.A method of manufacturing a composite material comprising the step of forming silicon on or inside a metal alloy form containing germanium and a metal other than the germanium. 제 12 항에 있어서, 금속합금폼은, 게르마늄 분말 및 상기 게르마늄과는 다른 금속의 분말을 포함하는 슬러리로 형성된 전구체를 1×10-19 atm 내지 1×10-15 atm의 범위 내의 산소 분압 하에서 소결하는 단계를 거쳐서 제조하는 복합재의 제조 방법.13. The method of claim 12 , wherein the metal alloy form is formed by sintering a precursor formed of a slurry containing germanium powder and a powder of a metal other than germanium under an oxygen partial pressure in the range of 1×10 -19 atm to 1×10 -15 atm Method for producing a composite material manufactured through the steps of. 제 13 항에 있어서, 소결은, 700℃ 내지 1100℃의 온도에서 수행하는 복합재의 제조 방법.The method of claim 13, wherein the sintering is performed at a temperature of 700° C. to 1100° C. 제 12 항에 있어서, 실리콘은 도금 방식으로 금속합금폼의 표면 또는 내부에 증착시키는 복합재의 제조 방법.13. The method of claim 12, wherein silicon is deposited on or inside the metal alloy form by a plating method.
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