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KR20240075012A - 이차전지 음극재용 복합체, 이를 제조하는 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

이차전지 음극재용 복합체, 이를 제조하는 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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KR20240075012A
KR20240075012A KR1020220154243A KR20220154243A KR20240075012A KR 20240075012 A KR20240075012 A KR 20240075012A KR 1020220154243 A KR1020220154243 A KR 1020220154243A KR 20220154243 A KR20220154243 A KR 20220154243A KR 20240075012 A KR20240075012 A KR 20240075012A
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KR
South Korea
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graphene
wall
manufacturing
composite
secondary battery
Prior art date
Application number
KR1020220154243A
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English (en)
Inventor
김정형
이효창
최진석
윤민영
Original Assignee
한국표준과학연구원
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.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 이차전지 음극재용 복합체에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판 상에 수직으로 배치되어 표면적이 증가된 집전체를 형성하는 그래핀 월; 상기 그래핀 월에 부착되어 활물질 층을 형성하는 실리콘 나노입자; 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 형성되는 그래핀 층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지 음극재용 복합체, 이를 제조하는 제조장치 및 제조방법{Composites for Secondary Battery Anode, Apparatus and Method of Preparing the same}
본 발명은 이차전지 음극재용 복합체, 이를 제조하는 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 이차전지 음극을 제조하는 것이다.
본 발명은 과학기술정보통신부 (Ministry of Science and ICT)로부터 연구 자금을 지원받는 한국연구재단 (NRF: National Research Foundation of Korea)의 소재혁신선도 프로젝트 (1711153942/2020M3H4A3106004), 한국 국가과학기술연구회 (NST: National Research Council of Science & Technology)의 2020년도 미래선도형 융합연구단사업 (1711151477/CRC-20-01-NFRI), 과학기술정보통신부 (Ministry of Science and ICT)의 한국표준과학연구원 (KRISS: Korea Research Institute of Standards and Science) 연구운영비지원 (GP2022-0011-04/22011099, GP2022-0011-05/22011100)에 의해서 지원받았다.
충방전이 가능한 이차전지 중 하나인 리튬 이차전지에는 음극의 활물질로 흑연이 사용되고 있으나, 음극의 주요 특성 중 하나인 용량은 중량당 갖고 있는 전하량으로서 음극으로 사용되는 흑연은 372 mAh/g의 이론용량을 지니고 있어 고용량을 달성하기는 어려우므로 더 높은 용량의 음극 활물질 개발이 요구되고 있다.
실리콘은 4200 mAh/g의 이론용량을 지니고 있어 흑연에 비하여 약 11배 더 큰 용량을 지니고 있으므로 이를 적용하기 위한 많은 연구가 수행되고 있으나, 실리콘은 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화된다는 단점이 있다.
이러한 실리콘의 부피 팽창을 억제하기 위하여 실리콘 나노입자를 그래핀으로 코팅하여 실리콘 나노입자와 그래핀의 복합 구조를 형성하는 경우에 충방전 사이클 특성을 향상시킬 수 있으나, 여전히 더 높은 용량의 음극 활물질 개발이 요구되고 있다.
등록특허공보 제10-1718367호는 전도성 물질에 분산된 나노실리콘과 탄소의 복합체로 구성된 리튬이온 이차전지용 음극활물질 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 실리콘의 부피 팽창에 따른 실리콘계 음극의 수명 열화를 해결하기 위하여 나노실리콘을 전도성 물질에 분산시키고 그 분산체를 탄소와 열처리하여 복합화시켜 복합체를 형성하고 있으나, 이러한 복합체의 크기는 제어하기가 어렵고 집전체의 표면적을 증가시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1772659호는 실리콘 코어-탄소 쉘 나노볼, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지용 음극 활물질에 관한 것으로서, 실리콘 입자 나노 코어와 탄소 쉘 사이의 빈 공간이 충방전시 실리콘 부피 변화에 대한 완충역할을 제공하고 있으나, 이러한 실리콘 코어-탄소 쉘 나노볼이 집전체에 평면적으로 부착되는 경우 집전체의 표면적을 증가시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-2250814호는 탄소 코팅된 그래핀, 실리콘 나노입자, 탄소나노튜브를 포함하는 리튬이차전지 음극재용 복합체, 이의 제조방법에 관한 것으로서, 나노크기를 갖는 실리콘이 탄소나노튜브 매트릭스 내에 고르게 분산된 3차원 계층 구조의 복합체를 형성하고 있으나, 이러한 복합체의 크기는 제어하기가 어렵고 집전체와 활물질 사이의 접촉저항을 줄이기 위해 바인더 등을 사용해야 할 수도 있어 공정이 복잡하며 표면적을 증가시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1828676호는 리튬이온 이차전지 음극용 샌드위치형 그래핀 복합구조체와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 실리콘 표면의 소수성과 그래핀 산화물 표면의 친수성에 의한 표면 특성 차이로 인하여 그래핀과 실리콘을 기계적으로 혼합할 경우 쉽게 탈리되거나 균일성이 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여 2개의 그래핀 산화물 시트층들 사이에 탄소가 코팅된 실리콘 나노입자를 배치한 샌드위치형 그래핀 복합구조체를 형성하고 있으나, 이러한 샌드위치형 그래핀 복합구조체는 집전체에 평면적으로 부착되는 경우 집전체의 표면적을 증가시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2013-0122145호는 수직 배열 그래핀 3차원 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 그래핀을 3차원 구조체로 제작하여 2차원 구조체에서 구현하지 못한 새로운 효과를 얻거나 응용 분야를 확대하려고 하고 있으나, 그래핀의 에지를 따라 전자가 이송하는 전기적 특성과 그래핀 박막의 표면 거칠기를 향상시키고 있을 뿐이고, 이차전지의 음극재로의 활용 여부에 대해서는 기재된 바가 없으므로, 실리콘의 부피 팽창을 억제하기 위하여 실리콘 나노입자를 그래핀으로 코팅하여 실리콘 나노입자와 그래핀의 복합 구조를 형성하는 경우에 충방전 사이클 특성을 향상시킬 수 없고, 여전히 더 높은 용량의 음극 활물질 개발이 요구된다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1718367호 등록특허공보 제10-1772659호 등록특허공보 제10-2250814호 공개특허공보 제10-2013-0122145호
본 발명은, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 높은 용량을 갖는 이차전지 음극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 충방전 사이클 특성이 향상된 이차전지 음극을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 이차전지 음극 집전체의 표면적을 증가시키는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 그래핀 월을 형성한 후 실리콘 나노입자를 합성하여 바인더 없이 활물질 층을 형성하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 실리콘 나노입자의 수명을 증가시키는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 그래핀 월의 두께와 실리콘 나노입자의 크기를 쉽게 제어하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 쉽게 형성하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.
본 발명은 이차전지 음극재용 복합체에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판 상에 수직으로 배치되어 표면적이 증가된 집전체를 형성하는 그래핀 월; 상기 그래핀 월에 부착되어 활물질 층을 형성하는 실리콘 나노입자; 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 형성되는 그래핀 층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 그래핀 월은 플라즈마 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 실리콘 나노입자는 플라즈마 공정에 의하여 또는 실리콘 나노입자 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 그래핀 층은 플라즈마 공정에 의하여 또는 그래핀 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 그래핀 월 위에 추가적으로 그래핀 월을 재성장하고, 재성장된 상기 그래핀 월에 부착되어 활물질 층을 형성하는 실리콘 나노입자를 추가적으로 더 형성하고, 상기 그래핀 층은 재성장된 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판 상에 수직으로 배치되어 표면적이 증가된 집전체를 형성하는 그래핀 월; 상기 그래핀 월에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘;을 포함하고, 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘은 코어인 실리콘 나노입자를 그래핀이 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수평 그래핀 층을 더 포함하고, 상기 수평 그래핀 층은 상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 형성되어 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘의 유실을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 그래핀 월 위에 추가적으로 그래핀 월을 재성장하고, 재성장된 상기 그래핀 월에 부착되어 활물질 층을 형성하는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘를 추가적으로 더 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 관한 것으로서, 기판을 배치하는 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부; 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부;를 포함하고, 플라즈마 공정을 수행하여, 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하고, 상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하며, 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 관한 것으로서, 기판을 배치하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부에 의하여 플라즈마 공정을 수행하여 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 플라즈마 공정부; 상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하며, 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 코팅부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 관한 것으로서, 기판을 배치하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부에 의하여 플라즈마 공정을 수행하여 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하고 상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하는 플라즈마 공정부; 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 코팅부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 관한 것으로서, 기판을 배치하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부에 의하여 플라즈마 공정을 수행하여 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 플라즈마 공정부; 상기 그래핀 월에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 형성하는 코팅부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 플라즈마 공정부는, 상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 수평 그래핀 층을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 코팅부는, 상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 수평 그래핀 층을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법에 관한 것으로서, 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 단계; 상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하는 단계; 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 단계에서, 플라즈마 공정에 의하여 상기 그래핀 월을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하는 단계에서, 상기 실리콘 나노입자는 플라즈마 공정에 의하여 또는 실리콘 나노입자 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 단계에서, 상기 그래핀 층은 플라즈마 공정에 의하여 또는 그래핀 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법에 관한 것으로서, 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 단계; 상기 그래핀 월에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 수평 그래핀 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 기록되는 컴퓨터프로그램일 수 있다.
본 발명의 효과는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 높은 용량을 갖는 이차전지 음극을 제공하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 충방전 사이클 특성이 향상된 이차전지 음극을 제공하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 이차전지 음극 집전체의 표면적을 증가시키는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 그래핀 월을 형성한 후 실리콘 나노입자를 합성하여 바인더 없이 활물질 층을 형성하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 형성하고 이를 이용하여 실리콘 나노입자의 수명을 증가시키는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 그래핀 월의 두께와 실리콘 나노입자의 크기를 쉽게 제어하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 복합 구조를 쉽게 형성하는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치의 개략적인 구성도를 도시한다.
도 2(a), 도 2(b), 도 2(c)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 3(a), 도 3(b)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 또 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 5(a), 도 5(b), 도 5(c), 도 5(d)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 또 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 6(a), 도 6(b), 도 6(c), 도 6(d)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 또 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 7은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월의 SEM 이미지를 도시한다.
도 8은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월의 라만 스펙트럼을 도시한다.
도 9는 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월과 실리콘 나노입자(10초 합성)의 SEM 이미지를 도시한다.
도 10은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월과 실리콘 나노입자(30초 합성)의 SEM 이미지를 도시한다.
도 11은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월과 실리콘 나노입자(60초 합성)의 SEM 이미지를 도시한다.
도 12는 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월의 SEM 이미지를 도시한다.
도 13은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월, 실리콘 나노입자의 SEM 이미지를 도시한다.
도 14는 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월의 SEM 이미지를 도시한다.
도 15는 본 발명에 의하여 사용되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘 구조 및 그래핀 층 형성을 위한 산화 그래핀 분산액에 의하여 형성된 그래핀 시편의 전자현미경 이미지를 도시한다.
도 16(a)는 본 발명에 의하여 사용되는 그래핀 층 형성을 위한 CVD 그래핀 필름의 광학현미경 이미지를 도시하고, 도 16(b)는 CVD 그래핀 필름의 라만분광분석 결과를 도시한다.
도 17은 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 18은 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법의 다른 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치의 개략적인 구성도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치는 유도 결합 플라즈마 화학 기상 증착 시스템으로서 플라즈마 공정을 수행하기 위하여 진공챔버(10), 가스주입부(20), 플라즈마 전원부(30)를 포함하고 있다.
상기 진공챔버(10) 내에는 기판지지부(11), 히터(12)를 구비하고, 상기 가스주입부(20)는 가스공급부(21)로부터 공급되는 플라즈마 생성을 위한 반응가스를 상기 진공챔버(10) 내로 주입하며, 배기 가스는 펌프(40)에 의하여 상기 진공챔버(10)로부터 배출된다. 상기 반응가스는 Ar, CH4, SiH4, H2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 전원부(30)는 유도코일(31)에 연결되어 상기 진공챔버(10) 내로 주입되는 플라즈마 생성을 위한 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마 전원부(30)는 매칭박스(32)를 통하여 상기 유도코일(31)에 연결되어 임피던스 매칭을 이루는 것이 바람직하며, 상기 유도코일(31)과 상기 진공챔버(10) 사이에는 유전체(34)를 두어 단락을 방지한다.
상기 기판지지부(11) 위에는 기판(1)이 배치되어 플라즈마 공정을 수행하게 되고, 상기 기판지지부(11) 위 즉, 상기 기판(1) 하부에 배치되는 히터(12)에 의하여 상기 기판(1)의 온도를 조절하여 플라즈마 공정에 의하여 상기 기판(1)에 생성되는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층의 생성 환경을 최적화하는 것이 바람직하다.
또한 상기 기판지지부(11)에는 직류전원 공급부(33)로부터 기판에 바이어스 전압이 인가되어 그래핀 월(수직 그래핀)의 성장 공정을 제어할 수 있고, 이러한 플라즈마 공정에 의하여 기판(1) 위에 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 층을 형성할 수 있으며, 실리콘 나노입자와 그래핀 층은 종래 알려진 코팅법을 이용하여 형성할 수도 있다.
상기 그래핀 월은 기판(1) 위에 수직으로 형성되어 집전체의 표면적이 증가되도록 하여 더 많은 리튬이온를 받아들일 수 있게 된다.
한편, 상기 그래핀 월은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 상기 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월을 형성할 수 있다.
상기 그래핀 월을 형성한 후에는 반응가스(SiH4)를 주입하여 실리콘 나노입자를 합성하고 상기 그래핀 월에 바인더 없이 활물질층으로 부착 형성할 수 있다.
상기 그래핀 층은 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자가 형성된 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그 위에 수평으로 형성되어 상기 실리콘 나노입자의 유실을 방지하는 기능을 수행하고 상기 실리콘 나노입자의 충전 및 방전 사이클을 향상시킬 수 있다.
또한 플라즈마의 조건을 제어하여 수십 nm ~ 수 um 까지 그래핀 월의 두께를 쉽게 제어할 수 있으며, 실리콘 나노입자의 크기도 쉽게 제어할 수 있으며, 2층 이상의 그래핀 월과 실리콘 나노입자의 구조를 쉽게 형성할 수 있다.
도 2(a), 도 2(b), 도 2(c)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 2(a)를 참조하면, 기판(1) 위에 그래핀 월(100)을 플라즈마 공정으로 합성하여 성장시킨다.
상기 그래핀 월(100)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월(100)을 형성할 수 있다.
도 2(b)를 참조하면, 실리콘 나노입자(200)도 플라즈마 공정으로 합성하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
상기 그래핀 월(100)을 형성한 후에는 반응가스(SiH4)를 주입하여 실리콘 나노입자(200)를 합성하고 상기 그래핀 월(100)에 바인더 없이 활물질층으로 부착 형성할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
도 2(c)를 참조하면, 상기 실리콘 나노입자(200)를 형성한 후에 그 위에 또 추가적으로 수평 조직의 그래핀 층(300)을 형성할 수 있는데, 상기 그래핀 층(300)은 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 상부에 형성되어 상기 실리콘 나노입자(200)의 유실을 방지하고 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
상기 그래핀 층(300)도 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 그래핀 층(300)을 형성할 수 있다.
또한 상기 그래핀 층(300)도 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 그래핀 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성할 수 있고, 상기 그래핀 분산액을 제조할 때 CVD 그래핀 필름과 산화 그래핀 등 다양한 그래핀 기반 물질이 사용될 수 있다.
도면에 도시된 바는 없으나, 종래 알려진 코팅법을 수행하기 위하여 본 발명은 코팅부를 더 구비할 수 있고, 코팅에 의한 결합력을 높이기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 3(a), 도 3(b)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 3(a)를 참조하면, 기판(1) 위에 그래핀 월(100)을 플라즈마 공정으로 합성하여 성장시킨다.
상기 그래핀 월(100)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월(100)을 형성할 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조하고 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 상기 그래핀 월(100)에 부착되거나 그 사이에 배치도록 형성할 수 있다.
그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면을 감싸도록 그래핀 쉘(210)이 형성되는 구조이고 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조할 때 그래핀의 농도를 조절하여 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면에 형성되는 그래핀 쉘(210)의 두께를 제어할 수 있다.
상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 그래핀 쉘(210)이 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 형성되는 구조로서 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
도면에 도시된 바는 없으나, 종래 알려진 코팅법을 수행하기 위하여 본 발명은 코팅부를 더 구비할 수 있고, 코팅에 의한 결합력을 높이기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 또 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 4(a)를 참조하면, 기판(1) 위에 그래핀 월(100)을 플라즈마 공정으로 합성하여 성장시킨다.
상기 그래핀 월(100)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월(100)을 형성할 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조하고 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 상기 그래핀 월(100)에 부착되거나 그 사이에 배치도록 형성할 수 있다.
그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면을 감싸도록 그래핀 쉘(210)이 형성되는 구조이고 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조할 때 그래핀의 농도를 조절하여 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면에 형성되는 그래핀 쉘(210)의 두께를 제어할 수 있다.
상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 그래핀 쉘(210)이 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 형성되는 구조로서 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
도 4(c)를 참조하면, 상기 그래핀 월(100)과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 형성된 후에 추가적으로 수평 조직의 그래핀 층(300)이 형성될 수 있다.
상기 그래핀 층(300)은 상기 그래핀 월(100)과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 형성된 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그 위에 수평 조직의 그래핀이 합성되어 성장되도록 할 수 있고, 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)의 유실을 방지하는 기능을 수행하고 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)의 충전 및 방전 사이클을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 그래핀 층(300)도 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 그래핀 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성할 수 있고, 상기 그래핀 분산액을 제조할 때 CVD 그래핀 필름과 산화 그래핀 등 다양한 그래핀 기반 물질이 사용될 수 있다.
도면에 도시된 바는 없으나, 종래 알려진 코팅법을 수행하기 위하여 본 발명은 코팅부를 더 구비할 수 있고, 코팅에 의한 결합력을 높이기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 5(a), 도 5(b), 도 5(c), 도 5(d)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 또 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 5(a)를 참조하면, 기판(1) 위에 그래핀 월(100)을 플라즈마 공정으로 합성하여 성장시킨다.
상기 그래핀 월(100)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월(100)을 형성할 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조하고 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 상기 그래핀 월(100)에 부착되거나 그 사이에 배치도록 형성할 수 있다.
그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면을 감싸도록 그래핀 쉘(210)이 형성되는 구조이고 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조할 때 그래핀의 농도를 조절하여 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면에 형성되는 그래핀 쉘(210)의 두께를 제어할 수 있다.
상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 그래핀 쉘(210)이 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 형성되는 구조로서 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
도 5(c)를 참조하면, 상기 그래핀 월(100) 위에 그래핀 월(110)을 플라즈마 공정으로 합성하여 재성장시킨다.
상기 그래핀 월(110)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 재성장될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월(110)을 재성장시킬 수 있다.
도 5(d)를 참조하면, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 추가적으로 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조하고 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 상기 그래핀 월(100)에 부착되거나 그 사이에 배치도록 형성할 수 있다.
그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면을 감싸도록 그래핀 쉘(210)이 형성되는 구조이고 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조할 때 그래핀의 농도를 조절하여 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면에 형성되는 그래핀 쉘(210)의 두께를 제어할 수 있다.
상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 그래핀 쉘(210)이 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 형성되는 구조로서 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
도 6(a), 도 6(b), 도 6(c), 도 6(d)는 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체의 또 다른 일실시예를 제조하는 제조과정을 도시한다.
도 6(a)를 참조하면, 기판(1) 위에 그래핀 월(100)을 플라즈마 공정으로 합성하여 성장시킨다.
상기 그래핀 월(100)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월(100)을 형성할 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조하고 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 상기 그래핀 월(100)에 부착되거나 그 사이에 배치도록 형성할 수 있다.
그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면을 감싸도록 그래핀 쉘(210)이 형성되는 구조이고 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조할 때 그래핀의 농도를 조절하여 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면에 형성되는 그래핀 쉘(210)의 두께를 제어할 수 있다.
상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 그래핀 쉘(210)이 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 형성되는 구조로서 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
또한 실리콘 나노입자(200)는 플라즈마 공정으로 합성하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
상기 그래핀 월(100)을 형성한 후에는 반응가스(SiH4)를 주입하여 실리콘 나노입자(200)를 합성하고 상기 그래핀 월(100)에 바인더 없이 활물질층으로 부착 형성할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
도 6(c)를 참조하면, 상기 그래핀 월(100) 위에 그래핀 월(110)을 플라즈마 공정으로 합성하여 재성장시키고, 실리콘 나노입자(200)를 추가적으로 더 형성한다.
상기 그래핀 월(110)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 재성장될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원 그래핀 월(110)을 재성장시킬 수 있다.
상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 추가적으로 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조하고 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 상기 그래핀 월(100)에 부착되거나 그 사이에 배치도록 형성할 수 있다.
또한 실리콘 나노입자(200)는 플라즈마 공정으로 합성하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
상기 그래핀 월(110)을 재성장한 후에는 반응가스(SiH4)를 주입하여 실리콘 나노입자(200)를 합성하고 상기 그래핀 월(110)에 바인더 없이 활물질층으로 부착 형성할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
도 6(d)를 참조하면, 상기 그래핀 월(110)과 상기 실리콘 나노입자(200)가 재성장되고 형성된 후에 추가적으로 수평 조직의 그래핀 층(300)이 형성될 수 있다.
상기 그래핀 층(300)은 상기 그래핀 월(100, 110)과 상기 실리콘 나노입자 (200)가 형성된 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그 위에 수평 조직의 그래핀이 합성되어 성장되도록 할 수 있고, 상기 실리콘 나노입자(200)의 유실을 방지하는 기능을 수행하고 상기 실리콘 나노입자(200)의 충전 및 방전 사이클을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 그래핀 층(300)도 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 그래핀 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성할 수 있고, 상기 그래핀 분산액을 제조할 때 CVD 그래핀 필름과 산화 그래핀 등 다양한 그래핀 기반 물질이 사용될 수 있다.
도면에 도시된 바는 없으나, 종래 알려진 코팅법을 수행하기 위하여 본 발명은 코팅부를 더 구비할 수 있고, 코팅에 의한 결합력을 높이기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월의 SEM 이미지를 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월은 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 이미지에서 그래핀이 수직으로 적층되어 형성되어 그래핀 월이 형성되었음을 나타내고 있고, 그 너비가 3 um 이상이 되는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월의 라만 스펙트럼을 도시한다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월의 라만 스펙트럼에서 1580 cm-1 부근의 G 밴드와 2700 cm-1 부근의 2D 밴드가 확인되어 그래핀 월이 형성되었음을 보여주고 있다.
도 9는 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월과 실리콘 나노입자(10초 합성)의 SEM 이미지를 도시한다.
도 9를 참조하면, SEM 이미지에서 그래핀 월에 실리콘 나노입자가 플라즈마 공정에 의하여 10초 동안 합성되어 형성된 모습을 보여주고 있다.
도 10은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월과 실리콘 나노입자(30초 합성)의 SEM 이미지를 도시한다.
도 10을 참조하면, SEM 이미지에서 그래핀 월에 실리콘 나노입자가 플라즈마 공정에 의하여 30초 동안 합성되어 형성된 모습을 보여주고 있다.
도 11은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월과 실리콘 나노입자(60초 합성)의 SEM 이미지를 도시한다.
도 11을 참조하면, SEM 이미지에서 그래핀 월에 실리콘 나노입자가 플라즈마 공정에 의하여 60초 동안 합성되어 형성된 모습을 보여주고 있다.
도 12는 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월의 SEM 이미지를 도시한다.
도 12를 참조하면, SEM 이미지에서 그래핀 월에 실리콘 나노입자가 형성된 후에 그래핀 월이 재성장되어 형성된 모습을 보여주고 있다.
도 13은 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월, 실리콘 나노입자의 SEM 이미지를 도시한다.
도 13을 참조하면, SEM 이미지에서 그래핀 월에 실리콘 나노입자가 형성된 후에 그래핀 월이 재성장되고 다시 실리콘 나노입자가 합성되어 형성된 모습을 보여주고 있다.
도 14는 본 발명에 의하여 제조되는 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월, 실리콘 나노입자, 그래핀 월의 SEM 이미지를 도시한다.
도 14를 참조하면, SEM 이미지에서 그래핀 월에 실리콘 나노입자가 형성된 후에 그래핀 월이 재성장되고 다시 실리콘 나노입자가 합성되어 형성되고 또다시 그래핀 월이 재성장된 모습을 보여주고 있다.
도 15는 본 발명에 의하여 사용되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘 구조 및 그래핀 층 형성을 위한 산화 그래핀 분산액에 의하여 형성된 그래핀 시편의 전자현미경 이미지를 도시한다.
도 15를 참조하면, 본 발명에 의하여 사용되는 산화 그래핀 분산액의 특성을 보여주기 위하여 상기 산화 그래핀 분산액에 의하여 그래핀 시편을 형성하고 이를 전자현미경으로 관찰해 보면, 그래핀 층이 단일층으로 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 16(a)는 본 발명에 의하여 사용되는 그래핀 층 형성을 위한 CVD 그래핀 필름의 광학현미경 이미지를 도시하고, 도 16(b)는 CVD 그래핀 필름의 라만분광분석 결과를 도시한다.
도 16(a)를 참조하면, 그래핀 층 형성을 위한 CVD 그래핀 필름을 광학현미경으로 관찰해 보면, 그래핀 층이 단일층으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 16(b)를 참조하면, CVD 그래핀 필름의 라만 스펙트럼에서 1580 cm-1 부근의 G 밴드와 2700 cm-1 부근의 2D 밴드가 확인되어 그래핀의 특성을 보여주고 있다.
도 17은 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 17을 참조하면, 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법은 기판(1) 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월(100)을 형성하는 단계(S100)를 수행하고, 상기 그래핀 월(100)에 부착되는 실리콘 나노입자(200)를 형성하는 단계(S200)를 수행하며, 상기 그래핀 월(100)과 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 상부에 그래핀 층(300)을 형성하는 단계(S300)를 수행한다.
기판(1) 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월(100)을 형성하는 단계(S100)에서, 기판(1) 위에 그래핀 월(100)을 플라즈마 공정으로 합성하여 성장시킨다.
그래핀 월(100)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원의 그래핀 월(100)을 형성할 수 있다.
상기 그래핀 월(100)에 부착되는 실리콘 나노입자(200)를 형성하는 단계(S200)에서, 실리콘 나노입자(200)도 플라즈마 공정으로 합성하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
상기 그래핀 월(100)을 형성한 후에는 반응가스(SiH4)를 주입하여 실리콘 나노입자(200)를 합성하고 상기 그래핀 월(100)에 바인더 없이 활물질층으로 부착 형성할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 상기 그래핀 월(100)에 부착되도록 형성할 수 있다.
한편, 상기 그래핀 월(100, 110)과 상기 실리콘 나노입자(200)는 추가적으로 재성장되고 형성되어 복층으로 형성될 수 있다.
상기 그래핀 월(100)과 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 상부에 그래핀 층(300)을 형성하는 단계(S300)에서, 상기 실리콘 나노입자(200)를 형성한 후에 그 위에 수평 조직의 그래핀 층(300)을 형성할 수 있는데, 상기 그래핀 월(100)과 상기 그래핀 층(300)은 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 상부에 형성되어 상기 실리콘 나노입자(200)의 유실을 방지하고 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
상기 그래핀 층(300)도 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 상기 그래핀 층(300)을 형성할 수 있다.
또한 상기 그래핀 층(300)도 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 그래핀 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성할 수 있고, 상기 그래핀 분산액을 제조할 때 CVD 그래핀 필름과 산화 그래핀 등 다양한 그래핀 기반 물질이 사용될 수 있다.
도면에 도시된 바는 없으나, 종래 알려진 코팅법을 수행하기 위하여 본 발명은 코팅부를 더 구비할 수 있고, 코팅에 의한 결합력을 높이기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 18은 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법의 다른 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 18을 참조하면, 본 발명인 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법은 기판(1) 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월(100)을 형성하는 단계(S110)를 수행하고, 상기 그래핀 월(100)에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)을 형성하는 단계(S210)를 수행하며, 상기 그래핀 월(100)과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)을 감싸도록 상부에 수평 그래핀 층(310)을 형성하는 단계(S310)를 수행한다.
기판(1) 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월(100)을 형성하는 단계(S110)에서, 기판(1) 위에 그래핀 월(100)을 플라즈마 공정으로 합성하여 성장시킨다.
상기 그래핀 월(100)은 종래 알려진 플라즈마 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 반응가스(Ar)를 주입하여 플라즈마를 생성하고 히터(12)로 기판(1)을 가열하고 온도를 안정화한 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그래핀을 합성하고 성장시켜 3차원의 그래핀 월(100)을 형성할 수 있다.
상기 그래핀 월(100)에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)을 형성하는 단계(S210)에서, 상기 실리콘 나노입자(200)는 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조하고 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 상기 그래핀 월(100)에 부착되거나 그 사이에 배치도록 형성할 수 있다.
그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면을 감싸도록 그래핀 쉘(210)이 형성되는 구조이고 실리콘 나노입자와 그래핀이 혼합된 분산액을 제조할 때 그래핀의 농도를 조절하여 상기 실리콘 나노입자(200)의 표면에 형성되는 그래핀 쉘(210)의 두께를 제어할 수 있다.
상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)은 상기 그래핀 쉘(210)이 상기 실리콘 나노입자(200)를 감싸도록 형성되는 구조로서 상기 실리콘 나노입자(200)가 충방전을 반복하면서 높은 부피 팽창에 의하여 충방전 사이클 특성이 악화되는 것을 저감할 수 있다.
한편, 상기 그래핀 월(100, 110)과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)는 추가적으로 재성장되고 형성되어 복층으로 형성될 수 있다.
상기 그래핀 월(100)과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)을 감싸도록 상부에 그래핀 층(310)을 형성하는 단계(S310)에서, 상기 그래핀 월(100)과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)이 형성된 후에 추가적으로 수평 조직의 그래핀 층(300)이 형성될 수 있다.
상기 그래핀 층(300)은 상기 그래핀 월(100)과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)가 형성된 후에 반응가스(CH4, H2)를 더 주입하여 그 위에 수평 조직의 그래핀이 합성되어 성장되도록 할 수 있고, 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)의 유실을 방지하는 기능을 수행하고 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘(220)의 충전 및 방전 사이클을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 그래핀 층(300)도 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성될 수 있는데, 먼저 그래핀 분산액을 제조하여 딥 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션 코팅 등 종래 알려진 코팅법을 사용하여 형성할 수 있고, 상기 그래핀 분산액을 제조할 때 CVD 그래핀 필름과 산화 그래핀 등 다양한 그래핀 기반 물질이 사용될 수 있다.
도면에 도시된 바는 없으나, 종래 알려진 코팅법을 수행하기 위하여 본 발명은 코팅부를 더 구비할 수 있고, 코팅에 의한 결합력을 높이기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한 이와 같은 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법의 흐름도는 컴퓨터프로그램으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 각 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다는 점에서 하나의 하드웨어 또는 개별적인 하드웨어에서 구동되는 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 또한 본 발명의 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법은 컴퓨터프로그램으로서 저장매체에 기록되어 구현될 수도 있다.
1: 기판
10: 진공챔버
11: 기판지지부
12: 히터
20: 가스주입부
21: 가스공급부
30: 플라즈마 전원부
31: 유도코일
32: 매칭박스
33: 직류전원 공급부
34: 유전체
40: 펌프
100, 110: 그래핀 월
200: 실리콘 나노입자
210: 그래핀 쉘
220: 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘
300: 그래핀 층

Claims (21)

  1. 이차전지 음극재용 복합체에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 수직으로 배치되어 표면적이 증가된 집전체를 형성하는 그래핀 월;
    상기 그래핀 월에 부착되어 활물질 층을 형성하는 실리콘 나노입자;
    상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 형성되는 그래핀 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀 월은 플라즈마 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노입자는 플라즈마 공정에 의하여 또는 실리콘 나노입자 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 그래핀 층은 플라즈마 공정에 의하여 또는 그래핀 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀 월 위에 추가적으로 그래핀 월을 재성장하고,
    재성장된 상기 그래핀 월에 부착되어 활물질 층을 형성하는 실리콘 나노입자를 추가적으로 더 형성하고,
    상기 그래핀 층은 재성장된 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  6. 이차전지 음극재용 복합체에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 수직으로 배치되어 표면적이 증가된 집전체를 형성하는 그래핀 월;
    상기 그래핀 월에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘;을 포함하고,
    상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘은 코어인 실리콘 나노입자를 그래핀이 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    수평 그래핀 층을 더 포함하고,
    상기 수평 그래핀 층은 상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 형성되어 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘의 유실을 방지하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 그래핀 월 위에 추가적으로 그래핀 월을 재성장하고,
    재성장된 상기 그래핀 월에 부착되어 활물질 층을 형성하는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘를 추가적으로 더 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체.
  9. 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 있어서,
    기판을 배치하는 진공챔버;
    상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부;
    상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부;를 포함하고,
    플라즈마 공정을 수행하여,
    기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하고,
    상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하며,
    상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치.
  10. 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 있어서,
    기판을 배치하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부에 의하여 플라즈마 공정을 수행하여 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 플라즈마 공정부;
    상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하며, 상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 코팅부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치.
  11. 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 있어서,
    기판을 배치하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부에 의하여 플라즈마 공정을 수행하여 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하고 상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하는 플라즈마 공정부;
    상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 코팅부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치.
  12. 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치에 있어서,
    기판을 배치하는 진공챔버, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 가스를 주입하는 가스 주입부, 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 전원부에 의하여 플라즈마 공정을 수행하여 기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 플라즈마 공정부;
    상기 그래핀 월에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 형성하는 코팅부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라즈마 공정부는, 상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 수평 그래핀 층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 코팅부는, 상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 수평 그래핀 층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조장치.
  15. 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법에 있어서,
    기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 단계;
    상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하는 단계;
    상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 단계에서,
    플라즈마 공정에 의하여 상기 그래핀 월을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 그래핀 월에 부착되는 실리콘 나노입자를 형성하는 단계에서,
    상기 실리콘 나노입자는 플라즈마 공정에 의하여 또는 실리콘 나노입자 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 그래핀 월과 상기 실리콘 나노입자를 감싸도록 상부에 그래핀 층을 형성하는 단계에서,
    상기 그래핀 층은 플라즈마 공정에 의하여 또는 그래핀 분산액을 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법.
  19. 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법에 있어서,
    기판 상에 수직으로 배치되는 그래핀 월을 형성하는 단계;
    상기 그래핀 월에 부착되는 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 그래핀 월과 상기 그래핀/실리콘 나노입자 코어쉘을 감싸도록 상부에 수평 그래핀 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법.
  21. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항의 이차전지 음극재용 복합체를 제조하는 제조방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 기록되는 컴퓨터프로그램.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130122145A (ko) 2012-04-30 2013-11-07 한국생산기술연구원 수직 배열 그래핀 3차원 구조체 및 이의 제조방법
KR101718367B1 (ko) 2014-06-30 2017-03-21 주식회사 지엘비이 전도성 물질에 분산된 나노실리콘과 탄소의 복합체로 구성된 리튬이온 이차전지용 음극활물질 및 그 제조방법
KR101772659B1 (ko) 2015-12-07 2017-08-29 한국생산기술연구원 실리콘 코어-탄소 쉘 나노볼, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지용 음극 활물질
KR102250814B1 (ko) 2019-05-17 2021-05-12 한국과학기술연구원 탄소 코팅된 그래핀, 실리콘 나노입자, 탄소나노튜브를 포함하는 리튬이차전지 음극재용 복합체, 이의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130122145A (ko) 2012-04-30 2013-11-07 한국생산기술연구원 수직 배열 그래핀 3차원 구조체 및 이의 제조방법
KR101718367B1 (ko) 2014-06-30 2017-03-21 주식회사 지엘비이 전도성 물질에 분산된 나노실리콘과 탄소의 복합체로 구성된 리튬이온 이차전지용 음극활물질 및 그 제조방법
KR101772659B1 (ko) 2015-12-07 2017-08-29 한국생산기술연구원 실리콘 코어-탄소 쉘 나노볼, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지용 음극 활물질
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