[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20130033251A - 코어 쉘 구조를 갖는 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 리튬 이온 전지 - Google Patents

코어 쉘 구조를 갖는 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 리튬 이온 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20130033251A
KR20130033251A KR1020110103114A KR20110103114A KR20130033251A KR 20130033251 A KR20130033251 A KR 20130033251A KR 1020110103114 A KR1020110103114 A KR 1020110103114A KR 20110103114 A KR20110103114 A KR 20110103114A KR 20130033251 A KR20130033251 A KR 20130033251A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanostructure
silicon
metal silicide
core
lithium ion
Prior art date
Application number
KR1020110103114A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101317812B1 (ko
Inventor
조문호
송경세
유선영
강용묵
강기범
허호석
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
공주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단, 공주대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Publication of KR20130033251A publication Critical patent/KR20130033251A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101317812B1 publication Critical patent/KR101317812B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/06—Metal silicides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 실리사이드로 이루어진 나노 선 형상의 코어와 상기 코어의 표면에 실리콘이 덮여진 코어-쉘 구조의 나노 구조체로서 특히 리튬 이온 전지의 음극에 사용되었을 때 고보존력(high retention)과 고충방전(high capacity) 특성을 나타낼 수 있는 나노 구조체와 이의 형성 방법 및 상기 나노 구조체를 적용한 리튬 이온 전지에 관한 것이다.

Description

코어 쉘 구조를 갖는 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 리튬 이온 전지 {CORE-SHELL NANO-STRUCTURE, METHOD OF FABRICATING THE SAME AND LITHIUM ION BATTERY}
본 발명은 코어-쉘 구조를 갖는 나노 구조체와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속 실리사이드로 이루어진 나노 선 형상의 코어와 상기 코어의 표면에 실리콘이 덮여진 코어-쉘 구조의 나노 구조체로서 특히 리튬 이온 전지의 음극에 사용되었을 때 고보존력(high retention)과 고충방전(high capacity) 특성을 나타낼 수 있는 나노 구조체와 이의 형성 방법 및 상기 나노 구조체를 적용한 리튬 이온 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 전지의 용량은 전극에서의 리튬 이온(Li+)의 축전 용량에 의해 결정되는데, 현재 사용되는 그라파이트(graphite) 계열의 탄소계 음극은 최대 용량이 372 mAh/g로 알려져 있다.
반면, 실리콘(Si) 계열 음극의 경우, 이론적인 최대 용량이 4,200 mAh/g으로 탄소계에 비해 10배가 훨씬 넘어 고용량 리튬 이온 전지용 전극 물질로 기대되고 있다.
특히, 나노 선(nano-wire)과 같은 실리콘 나노 구조체의 경우, 벌크(bulk)나 박막(thin film)과 같은 형태의 구조체에 비하여 부피 팽창에 대한 구조적 안정성이 우수하다.
그런데, 실리콘 계열의 소재를 리튬 이온 전지의 음극으로 사용하는 경우 축전 용량은 크지만, 충방전 보존력이 떨어진다는 단점이 있다.
이에 따라 최근 여러 연구 그룹에서 실리콘 나노 구조체의 구조적 변화를 이용해 보존력을 증대시키는 연구가 진행되고 있다. 문헌 1(Nature Nanotechnology 3 (2008) 31) 또는 문헌 2(Appl. Phys. Lett. 96 (2010) 053110)를 참조해 보면, 실리콘이 나노 선 구조를 갖는 경우 실리콘 내에 리튬이 주입되면서 발생하는 부피 팽창 및 이에 따른 응력(stress)이 효과적으로 완화되고, 전지용 기판과 전극 물질 간 직접적인 전기적 접촉이 가능하며, 나노 선 구조의 최대 장점이라고 할 수 있는 비표면적의 극대화 및 반경 방향으로의 짧은 확산 거리의 구현이 가능하게 되어 전지로서의 보존력을 증대시킬 수 있음이 보고되고 있다.
또한 문헌 3(Nano. Lett. 9 (2009) 491)과 문헌 4(Nano. Lett. 9 (2009) 3370)에서는 결정질/비정질 실리콘 구조나 탄소나노튜브/비정질실리콘으로 이루어진 코어/쉘 구조를 형성하여 전지로서의 보존력을 증가시킨 경우가 보고되고 있다.
상기 문헌 1 또는 2와 같이 실리콘 나노 구조체를 이용하여 충방전 보존력을 증가시킨 보고가 있으나, 수 회의 충방전 사이클 이후 실리콘이 갖는 낮은 전자 전도성 때문에 리튬 이온의 충방전 시 정체 현상이 일어나 충방전 보존력을 떨어뜨리는 현상이 쉽게 관찰된다.
또한 실리콘의 경우 리튬과 결합 또는 분해될 때 기계적 강도가 급격히 저하되므로 이를 개선해야 하는 과제가 있다.
본 발명은 실리콘의 낮은 전자전도성과 구조적 안정성을 개선하여 리튬 이온 전지의 음극용으로 적합한 나노 구조체 및 이를 이용한 리튬 이온 전지를 제공하는 것을 하나의 과제로 한다.
본 발명의 다른 과제는 우수한 전자전도성과 구조적 안정성을 가져 리튬 이온 전지의 음극에 적합한 나노 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결을 위해 본 발명은, 금속 실리사이드를 코어(core)로 하고 그 표면의 일부 또는 전부에 실리콘(Si)이 덮인 코어/쉘 구조로 이루어진 나노 구조체를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체에 있어서, 상기 나노 구조체는 실리콘에 구조적 안정성을 부여하기 위하여, 나노 선(nanowire) 또는 나노 막대(nanorod)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체에 있어서, 상기 금속 실리사이드는 결정질(crystalline) 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체에 있어서, 상기 실리콘은 결정질, 비정질 또는 이들의 혼합 구조로 이루어질 수 있으나, 비정질 구조로 이루어진 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체에 있어서, 상기 금속 실리사이드는, 니켈, 철, 코발트, 탄탈룸, 타이타늄, 크롬 중에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체에 있어서, 상기 금속 실리사이드는 NiSix일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체에 있어서, 상기 나노 구조체는 리튬 이온 전지의 음극에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체에 있어서, 상기 금속 실리사이드는 10 ~ 500nm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 이상과 같은 나노 구조체를 음극에 사용한 리튬 이온 전지를 제공한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 금속 실리사이드를 중심부(core)로 하고 그 표면의 일부 또는 전부에 실리콘(Si)이 덮인 코어/쉘 구조로 이루어진 나노 구조체의 제조방법으로서, (a) 기판상에 금속 박막을 형성하는 단계, (b) 상기 금속 박막의 일부를 산화시켜 산화막을 형성하는 단계, (c) 상기 산화막상에 실리콘을 포함하는 반응가스를 주입하여 금속 실리사이드 나노 구조체를 형성하는 단계 및 (d) 상기 금속 실리사이드 나노 구조체에 실리콘을 포함하는 반응가스를 주입하여 상기 금속 실리사이드 나노 구조체의 표면에 실리콘이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (d) 단계 전에 상기 (c) 단계에서 형성된 금속실리사이드 나노 구조체를 산소에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서 형성된 금속 실리사이드는 니켈, 철, 코발트, 탄탈룸, 타이타늄, 크롬 중에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서 형성된 금속 실리사이드는 NiSix일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서 형성된 실리콘은 비정질 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 나노 구조체는 선(wire) 또는 막대(rod) 형상의 금속 실리사이드 코어(core)에 실리콘 쉘(shell)이 형성되어 있는데, 금속 실리사이드는 실리콘과 양호한 접합성을 유지하면서, 나노 구조체에 우수한 전자전도성과 구조적 안정성을 제공한다. 이에 따라서 본 발명에 따른 나노 구조체를 리튬 이온 전지의 음극에 사용할 경우, 고충방전 특성 및 고보존력을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체는 리튬 이온 전지뿐만 아니라 높은 전자 이동성이 필요한 다양한 분야에서 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 나노 구조체를 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 나노 구조체를 합성하는 장치의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 니켈 실리사이드 코어 비정질 실리콘 쉘로 이루어진 나노 구조체의 전자현미경 사진이다. 도 3d는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 나노 구조체의 모식도이다.
도 4a와 도 4b는 각각 본 발명의 실시예에서 제조한 리튬 이온 전지 셀의 사진과 모식도이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각, 사이클에 대한 전지의 충방전 값, 사이클에 대한 보존력 값, 및 충방전 속도에 따른 보존력 값의 측정결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조방법 및 특성을 상세하게 설명하겠지만 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.
본 발명에서 나노 구조체란 높은 종횡비(high aspect ratio)를 가지는 선(wire) 또는 막대 형태로서 직경이 1 내지 500 nm 정도인 것을 의미한다.
또한, 본 발명에서 보존력이란 전지의 충방전 사이클이 진행될 때 충방전량이 초기 상태에 비교하여 얼마나 유지되는 지에 대한 정도를 의미한다.
본 발명자들은 리튬 이온 전지의 음극용으로 실리콘 계열 소재가 갖는 높은 축전 용량을 활용하면서 실리콘 계열 소재가 갖는 낮은 충방전 보존력 문제를 개선하기 위하여 연구한 결과, 금속 실리사이드가 전자전도성이 우수하고 실리콘과의 접합성이 우수한 점에 착안하여, 금속 실리사이드로 이루어진 나노 구조체, 바람직하게는 나노 선(wire) 또는 나노 막대(rod)의 표면에 실리콘을 형성하여, 코어-쉘 구조를 형성할 경우, 실리콘이 갖는 낮은 충방전 보존력의 문제를 상당 부분 해소하면서 실리콘의 높은 축전용량을 활용할 수 있음을 밝혀내어 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명에 따른 나노 구조체는, 금속 실리사이드를 코어(core)로 하고 그 표면의 일부 또는 전부에 실리콘(Si)이 덮인 코어/쉘 구조로 이루어진 나노 구조체인 것을 특징으로 한다.
상기 금속 실리사이드는 합성을 통해 나노 선 또는 나노 막대를 형성할 수 있는 금속이면 가능하며, 니켈, 철, 코발트, 탄탈룸, 타이타늄, 크롬 등은 그 일례이다. 이중 니켈은 실리콘과의 접합성이 매우 우수하므로 가장 바람직한 금속이므로, 상기 금속 실리사이드는 NiSix로 이루어진 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 실리콘은 결정질, 비정질 또는 이들의 혼합 구조로 이루어질 수 있으나, 충방전시 구조 안정성은 비정질 구조로 되어 있을 때, 가장 안정적이므로, 비정질 구조가 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조방법은 크게, (a) 기판상에 금속 박막을 형성하는 단계, (b) 상기 금속 박막의 일부를 산화시켜 산화막을 형성하는 단계, (c) 상기 산화막상에 실리콘을 포함하는 반응가스를 주입하여 금속 실리사이드 나노 구조체를 형성하는 단계 및 (d) 상기 금속 실리사이드 나노 구조체에 실리콘을 포함하는 반응가스를 주입하여 상기 금속 실리사이드 나노 구조체의 표면에 실리콘이 형성되도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 나노 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 (d) 단계 전에 상기 (c) 단계에서 형성된 금속 실리사이드 나노 구조체를 산소에 노출시키는 단계를 포함하는 것이 바람직한데, 이는 금속 실리사이드에 산소를 노출시킬 경우, 후속 공정에서 비정질 실리콘이 용이하게 형성되기 때문이다.
[실시예]
나노 구조체의 제조
도 1a에 도시된 바와 같이, 먼저 전도성 기판(11)으로 00mm의 스테인리스 기판을 준비한다. 상기 스테인리스 기판에, 도 1b에 도시된 바와 같이, 니켈 층(12)을 형성하는데, 니켈 박막의 형성은 열 증착기를 이용해 5× 10-7 torr 이하의 고진공 상태에서 10 ~ 200nm 두께가 되도록 한다.
이와 같이 니켈 층(12)이 형성된 기판(11)을, 외부에 가열을 하기 위한 열선과 온도 유지를 위한 단열재가 배치되어 있으며 일 측에는 진공을 형성하기 위한 진공펌프와 연결된 길이 70cm의 석영관(quartz tube)(도 2)에 장착한다. 그리고, 산소 가스를 100torr 300 ~ 500℃에서 2 ~ 20분간 흘려줌으로써, 니켈층(12)의 상면에 약 10nm 두께의 산화막(13)이 되도록 형성되도록 한다.
이어서, 10%의 SiH4와 90%의 H2 기체로 이루어진 반응기체를 400℃, 50torr의 조건으로 20분간 흘려줌으로써, 니켈 실리사이드 나노 선(wire)이 기판(11)에서 자발적으로 형성되도록 한다.
그리고, 니켈 실리사이드 나노 선은 비정질 실리콘 쉘이 형성되기 용이하도록 산소에 노출시킨다. 이때 산소에 노출시키는 공정은 성장된 니켈 실리사이드 나노 선을 진공 챔버 내에서 산소를 100sccm으로 1시간 이상 흘려주거나 대기 중에 1시간 이상 노출시키는 방법으로 수행하였다.
이와 같이 형성된 니켈 실리사이드 나노 선의 표면에 실리콘 쉘(shell)의 증착은 합성된 니켈 실리사이드 나노 구조체를 450 ~ 650℃로 가열한 후, 10%의 SiH4와 90%의 H2 기체로 이루어진 반응기체를 1 ~ 100 torr의 조건으로 30분간 흘려주는 방법으로 수행한다.
도 3a 내지 도 3c는 상기와 같은 방법에 의해 형성한, 니켈 실리사이드 나노 선 코어와 실리콘 쉘로 이루어진 나노 구조체의 나노구조체를 보여주는 전자현미경 사진이며, 도 3d는 이의 모식도이다. 상기 사진에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 나노 구조체는, 약 20nm 직경의 니켈 실리사이드 나노 선의 표면에 전체 직경 약 200nm의 비정질 실리콘층이 형성되어 코어-쉘 구조를 이루고 있다.
상기 니켈 실리사이드 나노 선의 직경은 10 ~ 500nm 인 것이 바람직한데, 10nm 미만일 경우, 전자전도성 및 구조 안정성에의 기여도가 낮고, 500nm를 초과할 경우, 니켈 실리사이드의 부피가 커서 실리콘의 고 축전용량의 활용도가 떨어지기 때문이다.
코인 셀 시험
상기와 같이 제조한 니켈 실리사이드 - 실리콘 코어 쉘 나노 선을 리튬 이온 전지의 음극으로 형성하고, 니켈 포일(foil)을 양극으로 사용하는 코인 타입의 반전지(half cell)를 제작하여 리튬 이온 전지의 전극 물질로서의 상기 나노구조체의 특성을 평가하였다.
도 4a는 본 발명의 실시예에서 제조한 Ni-Silicide/Si 나노 구조물을 음극으로 사용하는 코인 타입 하프 셀의 사진이며, 도 4b는 이의 모식도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 하프 셀은 리튬 포일(foil)을 카운터 그리고 레퍼런스 전극으로 사용하고 전해질은 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate)와 디에틸 카보네이트를 1:1의 혼합물에 1몰의 LiPF6이 포함된 것을 사용하였다.
도 5a 내지 도 5c는 상기와 같이 제조한 하프 셀을 이용하여, 사이클에 대한 전지의 충방전 값, 사이클에 대한 보존력 값, 및 충방전 속도에 따른 보존력 값의 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c로부터 본 발명에 따른 나노 구조체를 리튬 이온 전지의 음극에 적용할 경우, 2000 ~ 4000 mAh/g의 충방전 효율을 갖고, 40 사이클의 리튬 충방전 수행시 초기 충방전 값의 90 % 이상에 해당하는 충방전 보존력을 나타내게 되는 효과를 가진다. 즉, 본 발명에 따른 나노 구조체는 기존의 실리콘 나노 구조물에 비해, 보존력이 향상됨을 알 수 있다.
11 : 기판
12 : 니켈층
13 : 산화막
14 : 나노 구조체
15 : 실리콘 쉘

Claims (14)

  1. 금속 실리사이드를 코어(core)로 하고 그 표면의 일부 또는 전부에 실리콘(Si)이 덮인 코어/쉘 구조로 이루어진 나노 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 나노 선(nanowire) 또는 나노 막대(nanorod)인 것을 특징으로 하는 나노 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 실리사이드는 결정질(crystalline) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘은 비정질 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 구조체.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 실리사이드는, 니켈, 철, 코발트, 탄탈룸, 타이타늄, 크롬 중에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 실리사이드는 NiSix인 것을 특징으로 하는 나노 구조체.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 리튬 이온 전지의 음극에 사용되는 것을 특징으로 하는 나노 구조체.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 실리사이드는 10 ~ 500nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 나노 구조체.
  9. 금속 실리사이드를 중심부(core)로 하고 그 표면의 일부 또는 전부에 실리콘(Si)이 덮인 코어/쉘 구조로 이루어진 나노 구조체의 제조방법으로서,
    (a) 기판상에 금속 박막을 형성하는 단계,
    (b) 상기 금속 박막의 일부를 산화시켜 산화막을 형성하는 단계,
    (c) 상기 산화막상에 실리콘을 포함하는 반응가스를 주입하여 금속 실리사이드 나노 구조체를 형성하는 단계 및
    (d) 상기 금속 실리사이드 나노 구조체에 실리콘을 포함하는 반응가스를 주입하여 상기 금속 실리사이드 나노 구조체의 표면에 실리콘이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 전에 상기 (c) 단계에서 형성된 금속실리사이드 나노 구조체를 산소에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 형성된 금속 실리사이드는 니켈, 철, 코발트, 탄탈룸, 타이타늄, 크롬 중에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 형성된 금속 실리사이드는 NiSix인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 형성된 실리콘은 비정질 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 나노 구조체를 포함하는 리튬 이온 전지.
KR1020110103114A 2011-09-26 2011-10-10 코어 쉘 구조를 갖는 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 리튬 이온 전지 KR101317812B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110097173 2011-09-26
KR1020110097173 2011-09-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130033251A true KR20130033251A (ko) 2013-04-03
KR101317812B1 KR101317812B1 (ko) 2013-10-15

Family

ID=48435801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110103114A KR101317812B1 (ko) 2011-09-26 2011-10-10 코어 쉘 구조를 갖는 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 리튬 이온 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101317812B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014210015A1 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Intel Corporation Robust amorphous silicon anodes, rechargable batteries having amorphous silicon anodes, and associated methods
CN104752701A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 现代自动车株式会社 基于锂的电池负极的嵌入硅化镍纳米丝中的硅纳米丝结构
US9966782B2 (en) 2015-09-24 2018-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery pack and method of controlling charging and discharging of the battery pack
US10164252B2 (en) 2014-12-31 2018-12-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite anode active material, method of preparing the same, and anode and lithium secondary battery including the composite anode active material
USRE49419E1 (en) * 2016-09-01 2023-02-14 Composite Materials Technology, Inc. Nano-scale/nanostructured Si coating on valve metal substrate for lib anodes

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140370380A9 (en) 2009-05-07 2014-12-18 Yi Cui Core-shell high capacity nanowires for battery electrodes

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014210015A1 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Intel Corporation Robust amorphous silicon anodes, rechargable batteries having amorphous silicon anodes, and associated methods
CN104752701A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 现代自动车株式会社 基于锂的电池负极的嵌入硅化镍纳米丝中的硅纳米丝结构
US10319995B2 (en) 2013-12-27 2019-06-11 Hyundai Motor Company Silicon nanowire structure embedded in nickel silicide nanowires for lithium-based battery anodes
US10938026B2 (en) 2013-12-27 2021-03-02 Hyundai Motor Company Silicon nanowire structure embedded in nickel silicide nanowires for lithium-based battery anodes
US10164252B2 (en) 2014-12-31 2018-12-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite anode active material, method of preparing the same, and anode and lithium secondary battery including the composite anode active material
US9966782B2 (en) 2015-09-24 2018-05-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery pack and method of controlling charging and discharging of the battery pack
USRE49419E1 (en) * 2016-09-01 2023-02-14 Composite Materials Technology, Inc. Nano-scale/nanostructured Si coating on valve metal substrate for lib anodes

Also Published As

Publication number Publication date
KR101317812B1 (ko) 2013-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102617731B1 (ko) 실리콘 함유 복합체, 그 제조방법, 이를 이용한 탄소 복합체, 이를 포함한 전극, 리튬 전지 및 전자소자
Ren et al. A silicon nanowire–reduced graphene oxide composite as a high-performance lithium ion battery anode material
Kim et al. Highly conductive coaxial SnO2− In2O3 heterostructured nanowires for Li ion battery electrodes
Cai et al. Confining TiO 2 nanotubes in PECVD-enabled graphene capsules toward ultrafast K-ion storage: in situ TEM/XRD study and DFT analysis
JP5484570B2 (ja) リチウム二次電池用負極活物質およびその製造方法
KR101634288B1 (ko) 복합체, 이를 이용한 탄소 복합체, 이를 포함한 전극, 리튬 전지, 전계 방출 소자, 바이오센서, 반도체 소자 및 열전소자
EP2494602A1 (en) Hetero-nanostructure materials for use in energy-storage devices and methods of fabricating same
KR101317812B1 (ko) 코어 쉘 구조를 갖는 나노 구조체, 이의 제조 방법 및 리튬 이온 전지
Sun et al. High-quality epitaxial N doped graphene on SiC with tunable interfacial interactions via electron/ion bridges for stable lithium-ion storage
JP2002237294A (ja) リチウム二次電池用負極
Chang et al. Solution-grown phosphorus-hyperdoped silicon nanowires/carbon nanotube bilayer fabric as a high-performance lithium-ion battery anode
Han et al. Scalable engineering of bulk porous Si anodes for high initial efficiency and high-areal-capacity lithium-ion batteries
CN110767891B (zh) 一种多孔球形硅基复合负极材料的制备方法
Choi et al. Enhanced cycle stability of silicon nanoparticles coated with nitrogen-doped carbon layer for lithium-ion battery anode
JP2018113187A (ja) リチウムイオン二次電池用負極材料及びこれを用いたリチウムイオン二次電池
Lu et al. Recent development of graphene-based materials for cathode application in lithium batteries: a review and outlook
Cheng et al. Propelling performance of silicon thin film lithium ion battery by appropriate dopants
KR20160076060A (ko) 비수 전해질 이차전지용 음극재, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 비수 전해질 이차전지
US9520595B2 (en) Negative electrode for lithium-ion secondary cell and method for manufacturing same
JP2004288564A (ja) 非水電解質二次電池用電極及びその製造方法
Kim et al. Nanoporous silicon flakes as anode active material for lithium-ion batteries
Liu et al. B‐Doped Si@ C Nanorod Anodes for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries
JP5531347B2 (ja) 自己支持形金属硫化物系２次元ナノ構造体の負極活物質及びその製造方法
KR101497203B1 (ko) Ｓｉ―ＳｉＯｘ 코어 쉘 구조의 나노와이어 제조방법 및 상기 나노와이어를 이용한 리튬 이온 배터리
US11437616B2 (en) Nanowire for anode material of lithium ion cell and method of preparing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170109

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180409

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181001

Year of fee payment: 6