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WO2024144309A1 - Silicon-polymer composite, preparation method therefor, and anode active material comprising same - Google Patents

Silicon-polymer composite, preparation method therefor, and anode active material comprising same Download PDF

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WO2024144309A1
WO2024144309A1 PCT/KR2023/021865 KR2023021865W WO2024144309A1 WO 2024144309 A1 WO2024144309 A1 WO 2024144309A1 KR 2023021865 W KR2023021865 W KR 2023021865W WO 2024144309 A1 WO2024144309 A1 WO 2024144309A1
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WO
WIPO (PCT)
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silicon
thin film
polymer composite
polymer
active material
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PCT/KR2023/021865
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Korean (ko)
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김도흥
전효진
김의덕
박사랑
임성갑
장원태
최건우
강민정
장다원
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Hanwha Solutions Corp
Original Assignee
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Hanwha Solutions Corp
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Publication date
Application filed by Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST, Hanwha Solutions Corp filed Critical Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a silicon-polymer composite, and more specifically, to a silicon-polymer composite, a method for manufacturing the same, and a negative electrode active material containing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a negative electrode active material containing the above silicon-polymer composite.
  • the monomer may be supplied at a flow rate of 0.1 sccm to 10 sccm, and the initiator may be supplied at a flow rate of 0.1 sccm to 5 sccm.
  • Figure 6 is a TEM image of a silicon-polymer composite (Example 2) according to an embodiment of the present invention.
  • the thickness of the carbon thin film may be 1 nm to 1 ⁇ m, preferably 3 to 150 nm, and more preferably 5 to 100 nm.
  • the thickness of the carbon thin film is within this range, a decrease in capacity of the secondary battery can be suppressed while improving conductivity.
  • Initiator-based chemical vapor deposition refers to a process of polymerizing monomers by decomposing a vapor phase initiator into radicals.
  • iCVD Initiator-based chemical vapor deposition
  • deposition of a polymer thin film occurs by supplying energy from a heat source such as a heated filament or UV, so it does not seem to be much different from the existing CVD process for inorganic thin film deposition, but the iCVD process has a temperature of 135 ⁇ 350°C.
  • the initiator is activated at a low temperature in the range, preferably in the range of 140 to 340°C.
  • the reactor used in the method for producing a silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention is capable of forming a polymer thin film on the surface of a silicon particle using an initiator-based chemical vapor deposition (iCVD) method described later, and its structure is There are no particular restrictions.
  • iCVD initiator-based chemical vapor deposition
  • the step of forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite may be performed in the presence of at least one inert gas selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen, helium, and argon in addition to the carbon source.
  • a negative electrode active material including the silicon-polymer composite is provided.
  • a silicone-polymer composite was prepared using the reactor schematically shown in Figure 1. 5 g of silicon powder with average particle diameters of 20 ⁇ m and 2 ⁇ m were spread evenly on a circular silicon wafer. Vaporized monomers and initiators were supplied into the reactor chamber through the inlet to form a polymer thin film (pPFDA) on the surface of the silicon particles.
  • pPFDA polymer thin film
  • Non-porous silicon particles average particle diameter of 20 ⁇ m and 2 ⁇ m (REC Silicon)
  • Silicon particles before and after the polymer thin film was formed were analyzed for elements on the particle surface using X-ray photoelectron spectroscopy (Multilab 2000, Thermo). The results are shown in Table 1.
  • the silicon particles before the polymer thin film is formed are sufficiently dispersed in water (Figure 3a), showing hydrophilicity.
  • the silicon-polymer composite on which the polymer thin film was formed was not dispersed in water but formed a layer on the water surface ( Figure 3b), indicating that the surface was modified to be hydrophobic. This indicates that a silicon-polymer composite in which a fluorine-containing polymer thin film was formed on the surface of the silicon particle was manufactured by the manufacturing method of the present invention.
  • the silicon-polymer composite obtained in Example 1 formed a uniform thin film with a thickness of about 5 nm without problems such as particle breakage, substantially retaining its original state. It can be seen that the shape is maintained.
  • Figure 5 and Tables 2 and 3 show the area where the silicone-polymer complex exists (portions marked A and B in Fig. 5a and portions marked D and E in Fig. 5b) and the silicon-polymer composite. This shows the EDS analysis results of the area where does not exist (the part marked C in Figure 5a).
  • a silicon-polymer composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the following details were changed to form a polymer thin film (pDMAMS) on the surface of the silicon particles.
  • pDMAMS polymer thin film
  • a half coin cell was manufactured using the silicone-polymer composite prepared according to Example 1. Half coin cell manufacturing conditions are shown below.

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Abstract

The present invention relates to a silicon-polymer composite, a preparation method therefor, and an anode active material comprising same. In the silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention, the original shape of silicon particles is preserved because a polymer thin film has excellent thickness uniformity, and the polymer thin film has little impact on electrical conductivity and lithium-ion conductivity, and thus, when the silicon-polymer composite is used as an anode active material, the silicon-polymer composite acts as a stable solid electrolyte interphase layer between silicon and an electrolyte, while still maintaining the high specific power and high Coulombic efficiency of silicon which is the main anode active material. Accordingly, degradation in battery performance and battery lifespan may be suppressed.

Description

실리콘-고분자 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 음극 활물질Silicone-polymer composite, manufacturing method thereof, and negative electrode active material containing the same

본 발명은 실리콘-고분자 복합체 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘-고분자 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 음극 활물질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a silicon-polymer composite, and more specifically, to a silicon-polymer composite, a method for manufacturing the same, and a negative electrode active material containing the same.

최근 정보 통신 산업의 발전에 따라 전자 기기에 대한 수요가 급증하고 있고, 전기자동차 시장이 활성화됨에 따라서, 이들 전자 기기나 전기자동차에 사용되는 배터리에 대한 수요도 크게 증가하고 있다.With the recent development of the information and communication industry, demand for electronic devices is rapidly increasing, and as the electric vehicle market becomes more active, demand for batteries used in these electronic devices and electric vehicles is also increasing significantly.

액상 전해질을 포함하는 리튬 이차전지 및 전고체 전지 등, 이차전지는 에너지 밀도가 높고, 사용되지 않을 때 자가방전의 정도가 작기 때문에, 이러한 용도로 가장 널리 사용되고 있다. 이차전지는 대체로 양극, 음극 및, 전해질(액상 또는 고상) 등으로 구성되는데, 이차전지의 음극 활물질로는 흑연과 같은 탄소계 재료가 널리 사용되고 있다.Secondary batteries, such as lithium secondary batteries and all-solid-state batteries containing a liquid electrolyte, have high energy density and have a small degree of self-discharge when not in use, so they are most widely used for this purpose. Secondary batteries generally consist of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte (liquid or solid), and carbon-based materials such as graphite are widely used as negative active materials for secondary batteries.

최근에는, 이차전지의 용량을 향상시키기 위해 실리콘계 음극 활물질을 사용하려는 시도가 이루어지고 있다. 실리콘은 이론상 에너지 밀도가 매우 높아서 흑연을 대체할 차세대 배터리 음극 활물질로서 각광받고 있지만, 충방전 시 리튬과 반응하여 부피가 최대 300% 정도까지 증가하기 때문에, 충방전을 진행할수록 음극 활물질인 실리콘이 파쇄되는 등 기계적 안정성이 매우 떨어지는 문제를 가지고 있다.Recently, attempts have been made to use silicon-based anode active materials to improve the capacity of secondary batteries. Silicon, in theory, has a very high energy density, so it is attracting attention as a next-generation battery anode active material to replace graphite. However, during charging and discharging, it reacts with lithium and increases in volume by up to 300%, so as charging and discharging progresses, silicon, the anode active material, is shredded. It has problems with very poor mechanical stability.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 일본 특허 제4393610호는 실리콘을 탄소와 기계적인 가공 공정에서 복합화하고, 화학 증착(CVD)법을 이용하여 실리콘 입자의 표면을 탄소층으로 피복한 음극 활물질을 개시하고 있으나, 충방전 시의 부피 팽창과 수축을 억제하는 데는 한계가 있다.To solve this problem, Japanese Patent No. 4393610 discloses a negative electrode active material in which silicon is complexed with carbon in a mechanical processing process and the surface of the silicon particles is covered with a carbon layer using a chemical vapor deposition (CVD) method. , there are limits to suppressing volume expansion and contraction during charging and discharging.

또한, 실리콘계 음극 활물질은 실리콘 원료를 파쇄하여 미분화시키는 과정에서 과다하게 발생하는 고체 전해질 계면(solid electrolyte interphase; SEI)층이 불안정성을 보여 배터리의 안정성과 전기적 성능 저하를 일으키는 문제점도 존재한다.In addition, the silicon-based negative electrode active material has a problem in that the solid electrolyte interphase (SEI) layer, which is excessively generated during the process of crushing and micronizing the silicon raw material, is unstable, causing a decrease in the stability and electrical performance of the battery.

본 발명의 목적은 고분자 박막의 두께 균일성이 우수하여 실리콘 입자의 기존 형상이 보존되며, 음극 활물질로서 사용 시 배터리 성능 및 수명의 저하를 억제할 수 있는 실리콘-고분자 복합체를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a silicon-polymer composite that has excellent thickness uniformity of the polymer thin film, preserves the existing shape of the silicon particles, and can suppress degradation of battery performance and lifespan when used as a negative electrode active material.

본 발명의 다른 목적은 위 실리콘-고분자 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the above silicone-polymer composite.

본 발명의 또 다른 목적은 위 실리콘-고분자 복합체를 포함하는 음극 활물질을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a negative electrode active material containing the above silicon-polymer composite.

본 발명은 실리콘 입자 표면에, 개시제-기반 화학 기상 증착법(initiator-based chemical vapor deposition, iCVD)을 통해 고분자 박막을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘-고분자 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a silicon-polymer composite including forming a polymer thin film on the surface of a silicon particle through initiator-based chemical vapor deposition (iCVD).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 박막을 형성하는 단계는, (1) 반응기 내에 실리콘 입자를 공급하는 단계, (2) 실리콘 입자를 공급한 상기 반응기에 단량체와 개시제를 공급하는 단계, 및 (3) 상기 개시제를 활성화시켜서 상기 단량체를 중합함으로써, 상기 실리콘 입자 표면에 고분자 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, forming the polymer thin film includes (1) supplying silicon particles into a reactor, (2) supplying monomers and initiators to the reactor supplied with silicon particles, and (3) activating the initiator to polymerize the monomer, thereby forming a polymer thin film on the surface of the silicon particle.

또한, 상기 실리콘 입자는 비다공성 실리콘 입자일 수 있다.Additionally, the silicon particles may be non-porous silicon particles.

또한, 상기 실리콘 입자는 평균 입경이 10 nm 내지 50 ㎛일 수 있다.Additionally, the silicon particles may have an average particle diameter of 10 nm to 50 ㎛.

또한, 상기 고분자 박막은 두께가 1 nm 내지 10 ㎛일 수 있다.Additionally, the polymer thin film may have a thickness of 1 nm to 10 ㎛.

또한, 상기 단계 (2)에서, 상기 단량체는 0.1 sccm 내지 10 sccm의 유량으로 공급될 수 있고, 상기 개시제는 0.1 sccm 내지 5 sccm의 유량으로 공급될 수 있다.Additionally, in step (2), the monomer may be supplied at a flow rate of 0.1 sccm to 10 sccm, and the initiator may be supplied at a flow rate of 0.1 sccm to 5 sccm.

또한, 상기 개시제는 소정의 열처리를 통해 활성화될 수 있으며, 상기 열처리는 온도 135~350℃로 수행할 수 있다.Additionally, the initiator may be activated through a predetermined heat treatment, and the heat treatment may be performed at a temperature of 135 to 350°C.

또한, 상기 단계 (3)은 압력 50~1,000 mTorr의 진공상태에서 10분 ~ 6시간 동안 수행될 수 있다.Additionally, step (3) may be performed for 10 minutes to 6 hours under vacuum at a pressure of 50 to 1,000 mTorr.

또한, 상기 고분자 박막을 형성하는 단계 뒤에, 상기 고분자 박막 표면에 탄소 박막을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after forming the polymer thin film, the step of forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film may be further included.

또한, 상기 탄소 박막은 두께가 1 nm 내지 1 ㎛일 수 있다.Additionally, the carbon thin film may have a thickness of 1 nm to 1 ㎛.

또한, 본 발명은 상술한 실리콘-고분자 복합체의 제조방법으로 제조된 실리콘-고분자 복합체를 제공한다.Additionally, the present invention provides a silicone-polymer composite prepared by the above-described method for producing a silicone-polymer composite.

또한, 본 발명은 상술한 실리콘-고분자 복합체, 및 탄소계 음극 재료를 포함하는 음극 활물질을 제공한다.Additionally, the present invention provides a negative electrode active material including the above-described silicon-polymer composite and a carbon-based negative electrode material.

또한, 본 발명은 상술한 실리콘-고분자 복합체를 포함하는 SEI(Solid Electrolyte Interphase)막;을 포함하는 전고체 전지.In addition, the present invention provides an all-solid-state battery comprising a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film containing the above-described silicon-polymer composite.

본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체는 고분자 박막의 두께 균일성이 우수하여 실리콘 입자의 기존 형상이 보존되며, 고분자 박막이 전기 전도성 및 리튬 이온 전도성에 거의 영향을 주지 않아서, 음극 활물질로서 사용될 경우 주 음극 활물질인 실리콘이 갖는 높은 비전력 및 쿨롱 효율은 그대로 유지하면서, 실리콘과 전해질 간의 안정적인 고체 전해질 계면층으로서 작용하여 배터리 성능 및 수명 저하를 억제할 수 있다.The silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention has excellent thickness uniformity of the polymer thin film, so the existing shape of the silicon particles is preserved, and the polymer thin film has little effect on electrical conductivity and lithium ion conductivity, so it can be used as a negative electrode active material. In this case, the high specific power and coulombic efficiency of silicon, the main cathode active material, can be maintained, while acting as a stable solid electrolyte interface layer between silicon and electrolyte to suppress degradation of battery performance and lifespan.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 실리콘 입자 표면에 개시제-기반 화학 기상 증착법(iCVD)으로 고분자 박막을 형성하는 과정을 개괄적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows the process of forming a polymer thin film on the surface of a silicon particle by initiator-based chemical vapor deposition (iCVD) according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 실리콘 입자 표면에 고분자 박막을 형성하기 전, Bare 실리콘 입자의 TEM 이미지이다.Figure 2 is a TEM image of bare silicon particles before forming a polymer thin film on the surface of the silicon particles according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 실리콘 입자 표면에 고분자 박막을 형성하기 전과 후(실시예 1)에 입자가 물에 분산되는 정도를 보여주는 사진이다.Figure 3 is a photograph showing the degree to which particles are dispersed in water before and after forming a polymer thin film on the surface of silicon particles according to an embodiment of the present invention (Example 1).

도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체(실시예 1)의 TEM 이미지이다.Figure 4 is a TEM image of a silicon-polymer composite (Example 1) according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체의 에너지 분산형 광학분석 사진이다.Figure 5 is a photograph of energy dispersive optical analysis of a silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체(실시예 2)의 TEM 이미지이다.Figure 6 is a TEM image of a silicon-polymer composite (Example 2) according to an embodiment of the present invention.

도 7은 Bare 실리콘 입자와 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체(실시예 2)의 질소 원자 함량 비교 그래프이다.Figure 7 is a graph comparing the nitrogen atom content of bare silicon particles and a silicon-polymer composite (Example 2) according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체(실시예 3)의 TEM 이미지이다.Figure 8 is a TEM image of a silicon-polymer composite (Example 3) according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체(실시예 4)의 TEM 이미지이다.Figure 9 is a TEM image of a silicon-polymer composite (Example 4) according to an embodiment of the present invention.

도 10은 Bare 실리콘 입자, 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체(실시예 4), 및 액상에서 고분자 코팅을 수행한 실리콘-고분자 복합체(비교예 1)의 TEM 이미지이다.Figure 10 is a TEM image of bare silicon particles, a silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention (Example 4), and a silicon-polymer composite on which polymer coating was performed in a liquid phase (Comparative Example 1).

도 11은 Bare 실리콘 입자를 적용한 전지와 본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체(실시예 1)를 적용한 전지(제조예 1)의 초기 충방전효율과 용량유지율 측정 그래프이다.Figure 11 is a graph measuring the initial charge/discharge efficiency and capacity maintenance ratio of a battery using bare silicon particles and a battery using a silicon-polymer composite (Example 1) according to an embodiment of the present invention (Preparation Example 1).

본 발명은 아래에 개시된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다.The present invention is not limited to the content disclosed below, but may be modified into various forms as long as the gist of the invention is not changed.

본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In this specification, “includes” means that other components may be further included unless otherwise specified.

본 명세서에 기재된 구성 성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 반대되는 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.All numbers and expressions indicating amounts of components, reaction conditions, etc. described in this specification should be understood as being modified by the term “about” in all cases unless otherwise stated.

본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 위/아래에 형성되거나 서로 연결 또는 결합된다는 기재는, 이들 구성요소 간에 직접적으로 또는 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성, 연결 또는 결합되는 것을 모두 포함한다.In this specification, the description that one component is formed above/below another component, or is connected or combined with each other, includes all those formed, connected, or combined directly between these components or indirectly through other components. do.

이하 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

실리콘-고분자 복합체Silicone-polymer composite

본 발명은 후술하는 실리콘-고분자 복합체 제조방법으로 제조된 실리콘-고분자 복합체를 제공한다. 상기 실리콘-고분자 복합체는 실리콘 입자 및 상기 실리콘 입자 표면에 형성된 고분자 박막을 포함하여 구현된다.The present invention provides a silicone-polymer composite manufactured by a silicone-polymer composite manufacturing method described later. The silicon-polymer composite is implemented by including silicon particles and a polymer thin film formed on the surface of the silicon particles.

실리콘 입자silicon particles

본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체는 실리콘 입자를 포함한다.The silicone-polymer composite according to one embodiment of the present invention includes silicon particles.

상기 실리콘 입자는 리튬을 충전하는 역할을 수행하므로, 본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체가 음극 활물질로 사용될 경우, 상기 실리콘 입자는 주 음극 활물질로서 작용할 수 있다.Since the silicon particles play a role in charging lithium, when the silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention is used as a negative electrode active material, the silicon particles can function as a main negative electrode active material.

상기 실리콘 입자는 다공성 실리콘 입자 및 비다공성 실리콘 입자 중 어느 하나 이상일 수 있으나, 바람직하게는 비다공성 실리콘 입자일 수 있으며, 이에 따라, 고분자 박막의 두께 균일성이 우수하여 실리콘 입자의 기존 형상이 보존되며, 음극 활물질로서 사용 시 배터리 성능 및 수명의 저하를 억제할 수 있는 측면에서 더욱 유리할 수 있다.The silicon particles may be any one or more of porous silicon particles and non-porous silicon particles, but are preferably non-porous silicon particles. Accordingly, the thickness uniformity of the polymer thin film is excellent, and the existing shape of the silicon particles is preserved. , when used as a negative electrode active material, it can be more advantageous in terms of suppressing the decline in battery performance and lifespan.

또한, 실리콘 입자는 결정질(crystalline) 또는 비정질(amorphous)일 수 있고, 이차전지 충방전 시의 팽창/수축 및 전지 성능 측면에서 바람직하게는 비정질 또는 이와 유사한 상일 수 있다. 상기 실리콘 입자가 결정질일 경우, 결정자의 크기가 작을수록 치밀한 복합체를 얻을 수 있기 때문에, 매트릭스의 강도가 강화되어 균열을 방지할 수 있다. 따라서, 이차전지의 초기 효율이나 사이클 수명 특성이 향상될 수 있다. 한편, 상기 실리콘 입자가 비정질 또는 이와 유사한 상인 경우, 이차전지의 충방전 시의 팽창 또는 수축이 작고, 용량 특성 등의 전지 성능이 향상될 수 있다.Additionally, the silicon particles may be crystalline or amorphous, and may preferably be amorphous or a similar phase in terms of expansion/contraction and battery performance during charging and discharging of the secondary battery. When the silicon particles are crystalline, the smaller the size of the crystallites, the more dense a composite can be obtained, thereby strengthening the strength of the matrix and preventing cracking. Accordingly, the initial efficiency or cycle life characteristics of the secondary battery can be improved. On the other hand, when the silicon particles are amorphous or similar, expansion or contraction during charging and discharging of the secondary battery is small, and battery performance such as capacity characteristics can be improved.

상기 실리콘 입자의 크기는 본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체가 음극 활물질로 사용되기에 적합하도록 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 입자의 평균 입경이 10 nm 내지 50 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 10 nm 내지 25㎛일 수 있다. 상기 실리콘 입자자 상기 평균 입경 범위를 만족함에 따라 본 발명의 목적 달성에 더욱 유리할 수 있다.The size of the silicon particles may be selected so that the silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention is suitable for use as a negative electrode active material. Specifically, the average particle diameter of the silicon particles may be 10 nm to 50 ㎛, preferably 10 nm to 25 ㎛. As the silicon particles satisfy the average particle diameter range, it can be more advantageous to achieve the purpose of the present invention.

상기 실리콘 입자는 산화 실리콘 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 산화 실리콘 화합물은 일반식 SiOx(0.5≤x≤2)로 표시될 수 있다. 여기서, x 값이 0.5 미만일 경우, 이차전지의 충방전 시, 팽창 수축이 커지고 수명특성이 악화될 수 있고, x가 2를 초과할 경우, 불활성 산화물이 많아지면서 이차전지의 초기 효율이 저하될 수 있다.The silicon particles may further include a silicon oxide compound. The silicon oxide compound may be represented by the general formula SiO x (0.5≤x≤2). Here, if the value of there is.

상기 실리콘 입자 중의 상기 산화 실리콘 화합물의 함량은 상기 실리콘 입자 총 중량을 기준으로 50 중량% 이하일 수 있다. 상기 실리콘 입자 중의 상기 산화 실리콘 화합물의 함량이 50 중량%를 초과할 경우, 이차전지의 초기 효율이 저하될 수 있다.The content of the silicon oxide compound in the silicon particles may be 50% by weight or less based on the total weight of the silicon particles. If the content of the silicon oxide compound in the silicon particles exceeds 50% by weight, the initial efficiency of the secondary battery may decrease.

상기 실리콘 입자는 실리콘과 산소 외에 탄소, 마그네슘 등의 원소를 추가로 포함할 수 있으나, 상기 실리콘 입자 중의 실리콘의 함량은 실리콘-고분자 복합체 중의 총 실리콘 함량이 1~80 중량%, 바람직하게는 5~50 중량%가 되도록 선택될 수 있다. 실리콘-고분자 복합체 중의 총 실리콘 함량이 1 중량% 미만일 경우, 리튬을 흡장 및 방출하는 활물질의 양이 부족하여, 이차전지의 충방전 용량이 저하될 수 있다. 실리콘-고분자 복합체 중의 총 실리콘 함량이 80 중량%를 초과할 경우, 이차전지의 충방전 용량은 증가될 수 있지만, 충방전 시의 전극의 팽창 및 수축이 지나치게 커지고, 음극 활물질 분말이 더욱 미분화되어, 이차전지의 사이클 특성이 저하될 수 있다.The silicon particles may further contain elements such as carbon and magnesium in addition to silicon and oxygen, but the content of silicon in the silicon particles is 1 to 80% by weight of the total silicon content in the silicon-polymer composite, preferably 5 to 5% by weight. It may be selected to be 50% by weight. If the total silicon content in the silicon-polymer composite is less than 1% by weight, the amount of active material that stores and releases lithium is insufficient, and the charge and discharge capacity of the secondary battery may decrease. If the total silicon content in the silicon-polymer composite exceeds 80% by weight, the charge and discharge capacity of the secondary battery can be increased, but the expansion and contraction of the electrode during charge and discharge become excessively large, and the negative electrode active material powder becomes more finely divided, The cycle characteristics of the secondary battery may deteriorate.

고분자 박막polymer thin film

본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체는 실리콘 입자 표면에 형성된 고분자 박막을 포함한다.The silicon-polymer composite according to one embodiment of the present invention includes a polymer thin film formed on the surface of the silicon particle.

본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체에서, 실리콘 입자 표면상의 고분자 박막은 후술하는 개시제-기반 화학 기상 증착법(initiator-based chemical vapor deposition; iCVD)에 의해 형성된다.In the silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention, the polymer thin film on the surface of the silicon particle is formed by initiator-based chemical vapor deposition (iCVD), which will be described later.

상기 고분자 박막은 iCVD에 의해 형성되고, 음극 활물질의 전기 전도성 및 리튬 이온 전도성에 거의 영향을 주지 않는 한 그 물질 종류가 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 고분자 박막은 실록산(siloxane)기, 아민(amine)기, 불소(fluorine)기, 글리시딜(Glycidyl)기 및 방향족 탄화수소기 중 어느 하나 이상을 포함하는 비닐 또는 아크릴레이트 단량체 중 어느 하나 이상이 중합 또는 공중합된 것일 수 있다.The polymer thin film is formed by iCVD, and the type of material is not particularly limited as long as it has little effect on the electrical conductivity and lithium ion conductivity of the negative electrode active material. Specifically, the polymer thin film is any one of vinyl or acrylate monomers containing one or more of a siloxane group, an amine group, a fluorine group, a glycidyl group, and an aromatic hydrocarbon group. One or more may be polymerized or copolymerized.

본 발명의 구체예에서, 상기 고분자 박막은 4-비닐피리딘(4-vinyl pyridine, 4VP), 2,4,6,8-테트라메틸-2,4,6,8-테트라비닐시클로테트라실록산(2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane), 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-헵타데카플루오로데실메타크릴레이트(3,3, 4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-heptadecafluorodecyl methacrylate, PFDMA), 1,3,5,7-테트라비닐-1,3,5,7-테트라메틸시클로테트라실록산(1,3,5,7-tetravinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, V4D4), 1,3,5-트리메틸-1,3,5-트리비닐시클로트리실록산(1,3,5-trivinyl-1,3,5-trimethylcyclotrisiloxane, V3D3), 헥사비닐디실록산(hexavinyldisiloxane, HVDS), 글리시딜메타크릴레이트, 디비닐벤젠, 디에틸렌글리콜디비닐에테르, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트(diethyleneglycoldiacrylate, DEGDA), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 메타크릴산 및 1,3-디에테닐-1,1,3,3-테트라메틸-디실록산, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 아크릴레이트, 퍼플루오로데실 메타크릴레이트, 도데카플루오로헵틸 아크릴레이트, 펜타플루오로페닐 메타크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-펜타데카플루오로노닐 아크릴레이트, 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-펜타데카플루오로노닐 아크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-트리데카플루오로옥틸 아크릴레이트, 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-트리데카플루오로옥틸 아크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7-운데카플루오로헵틸 아크릴레이트, 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7-운데카플루오로헵틸아크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-노나플루오로헥실 아크릴레이트, 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,6-노나플로오로헥실 아크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11-노나데카플루오로운데실 아크릴레이트, 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11-노나데카플루오로운데실 아크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,12-헤네이코사플루오로도데실 아크릴레이트, 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,12-헤네이코사플루오로도데실 아크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,13-트리코사플루오로트리데실 아크릴레이트, 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,13-트리코사플루오로트리데실 아크릴레이트, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14-펜타코사플루오로테트라데실 아크릴레이트, 및 2-메틸-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14-펜타코사플루오로테트라데실 아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, 및 디에틸아미노에틸 아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 단량체로부터 중합되는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the polymer thin film is 4-vinyl pyridine (4VP), 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane (2 ,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane), 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10, 10,10-heptadecafluorodecyl methacrylate (3,3, 4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-heptadecafluorodecyl methacrylate, PFDMA), 1,3,5,7-tetravinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (1,3,5,7-tetravinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, V4D4) , 1,3,5-trivinyl-1,3,5-trivinylcyclotrisiloxane (1,3,5-trivinyl-1,3,5-trimethylcyclotrisiloxane, V3D3), hexavinyldisiloxane (HVDS), Glycidyl methacrylate, divinylbenzene, diethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol diacrylate (DEGDA), ethylene glycol dimethacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, methacrylic acid and 1, 3-diethenyl-1,1,3,3-tetramethyl-disiloxane, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl acrylate, perfluorodecyl methacrylate, dodecafluoroheptyl acrylate, Pentafluorophenyl methacrylate, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-pentadecafluorononyl acrylate, 2-methyl- 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-pentadecafluorononyl acrylate, 3,3,4,4,5,5, 6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl acrylate, 2-methyl-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8, 8-tridecafluorooctyl acrylate, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7-undecafluoroheptyl acrylate, 2-methyl-3,3,4, 4,5,5,6,6,7,7,7-undecafluoroheptyl acrylate, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyl acrylate, 2 -Methyl-3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyl acrylate, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8, 8,9,9,10,10,11,11,11-nonadecafluoroundecyl acrylate, 2-methyl-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8 ,8,9,9,10,10,11,11,11-nonadecafluoroundecyl acrylate, 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8, 9,9,10,10,11,11,12,12,12-heneicosafluorododecyl acrylate, 2-methyl-3,3,4,4,5,5,6,6,7, 7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,12-Heneicosafluorododecyl acrylate, 3,3,4,4,5,5,6,6, 7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,13-tricosafluorotridecyl acrylate, 2-methyl-3,3,4,4, 5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,13-tricosafluorotridecyl acrylate, 3,3, 4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14-Pentacosafluoro tetradecyl acrylate, and 2-methyl-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12, Consisting of 13,13,14,14,14-pentacosafluorotetradecyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl methacrylate, and diethylaminoethyl acrylate. It may be polymerized from one or more monomers selected from the group.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 고분자 박막은 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 아크릴레이트, 디메틸아미노메틸 스티렌, 디비닐벤젠, 글리시딜 메타크릴레이트, 1,3,5,7-테트라비닐-1,3,5,7-테트라메틸시클로테트라실록산, 1,3,5-트리메틸-1,3,5-트리비닐시클로트리실록산 및 헥사비닐디실록산으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 단량체로부터 중합되는 것일 수 있으나, 이들로 특별히 제한되는 것은 아니다.In a preferred embodiment of the present invention, the polymer thin film is 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl acrylate, dimethylaminomethyl styrene, divinylbenzene, glycidyl methacrylate, 1,3,5,7 -1 selected from the group consisting of tetravinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, 1,3,5-trimethyl-1,3,5-trivinylcyclotrisiloxane and hexavinyldisiloxane It may be polymerized from more than one type of monomer, but is not particularly limited to these.

본 발명의 구체예에서, 상기 고분자 박막의 두께는 1 nm 내지 10 ㎛, 바람직하게는 1 nm 내지 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 10~100 nm일 수 있다. 상기 고분자 박막의 두께가 이 범위 내일 경우, 음극 활물질의 전기 전도성 및 리튬 이온 전도성에 거의 영향을 주지 않으면서, 실리콘과 전해질 간에 안정적인 고체 전해질 계면층으로서 작용하여 배터리 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the thickness of the polymer thin film may be 1 nm to 10 ㎛, preferably 1 nm to 1 ㎛, more preferably 10 to 100 nm. When the thickness of the polymer thin film is within this range, it has little effect on the electrical conductivity and lithium ion conductivity of the negative electrode active material, and acts as a stable solid electrolyte interface layer between silicon and electrolyte to prevent battery life from being reduced. .

탄소 박막carbon thin film

본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체는 고분자 박막 표면에 형성된 탄소 박막을 추가로 포함하여, 실리콘-고분자-탄소 복합체를 생성할 수 있다.The silicon-polymer composite according to one embodiment of the present invention may further include a carbon thin film formed on the surface of the polymer thin film, thereby producing a silicon-polymer-carbon composite.

본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체가 탄소 박막을 추가로 포함하여 실리콘-고분자-탄소 복합체를 생성할 경우, 실리콘-고분자-탄소 복합체가 적절한 전기 전도도를 확보할 수 있고, 그 비표면적을 적절하게 조절할 수 있어서, 이차전지의 음극 활물질로 사용될 경우 이차전지의 수명 특성 및 용량을 더욱 향상시킬 수 있다.When the silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention further includes a carbon thin film to produce a silicon-polymer-carbon composite, the silicon-polymer-carbon composite can secure appropriate electrical conductivity and its specific surface area can be increased. Since it can be adjusted appropriately, when used as a negative active material for a secondary battery, the lifespan characteristics and capacity of the secondary battery can be further improved.

음극 활물질의 전기 전도도는 전기화학반응 시 전자 이동을 용이하게 하는 중요한 요소이다. 만약, 음극 활물질로서 사용되는 실리콘-고분자 복합체에 포함된 탄소의 함량이 부족할 경우, 음극 활물질의 전기 전도도가 충분하지 않을 수 있다. 이 경우, 실리콘-고분자 복합체의 표면에 탄소 박막을 추가로 형성하여 실리콘-고분자-탄소를 제조함으로써, 이차전지의 충방전 용량, 초기 충전 효율 및 용량 유지율을 개선하고, 우수한 전기 전도도를 제공하며, 전해질의 부반응을 억제하고, 이차전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.The electrical conductivity of the negative electrode active material is an important factor that facilitates electron movement during electrochemical reactions. If the carbon content contained in the silicon-polymer composite used as the negative electrode active material is insufficient, the electrical conductivity of the negative electrode active material may not be sufficient. In this case, by additionally forming a carbon thin film on the surface of the silicon-polymer composite to manufacture silicon-polymer-carbon, the charge/discharge capacity, initial charge efficiency, and capacity maintenance rate of the secondary battery are improved, and excellent electrical conductivity is provided. Side reactions of the electrolyte can be suppressed and the performance of secondary batteries can be further improved.

본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자-탄소 복합체에서, 상기 탄소 박막의 두께는 1 nm 내지 1 ㎛, 바람직하게는 3~150 nm, 더욱 바람직하게는 5~100 nm일 수 있다. 상기 탄소 박막의 두께가 이 범위 내일 경우, 도전성 향상 효과를 얻으면서 이차전지의 용량의 저하를 억제할 수 있다.In the silicon-polymer-carbon composite according to an embodiment of the present invention, the thickness of the carbon thin film may be 1 nm to 1 ㎛, preferably 3 to 150 nm, and more preferably 5 to 100 nm. When the thickness of the carbon thin film is within this range, a decrease in capacity of the secondary battery can be suppressed while improving conductivity.

상기 탄소 박막은 그래핀, 탄소 나노 튜브, 탄소 나노 섬유 및 흑연으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 박막은 그래핀을 포함할 수 있고, 흑연을 추가로 포함할 수 있으나, 이들로 특별히 제한되는 것은 아니다.The carbon thin film may include one or more types selected from graphene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite. Specifically, the carbon thin film may include graphene and may further include graphite, but is not particularly limited thereto.

실리콘-고분자 복합체의 제조방법Manufacturing method of silicone-polymer composite

본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체는, 실리콘 입자 표면에, 개시제-기반 화학 기상 증착법(initiator-based chemical vapor deposition, iCVD)을 통해 고분자 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조된다.A silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention is a manufacturing method comprising forming a polymer thin film on the surface of a silicon particle through initiator-based chemical vapor deposition (iCVD). It is manufactured.

개시제-기반 화학 기상 증착법(iCVD)이란 기상의 개시제(initiator)를 라디칼(radical)로 분해하여 단량체를 중합하는 공정을 의미한다. 개시제-기반 화학 기상 증착법에서 가열된 필라멘트와 같은 열원이나 UV 등으로 에너지를 공급하여 고분자 박막의 증착이 일어나기 때문에 기존의 무기 박막 증착용 CVD 공정과 크게 다를 것이 없어 보이지만, iCVD 공정은 135~350℃ 범위의, 바람직하게는 140 ~ 340℃ 범위의 낮은 온도에서 개시제가 활성화된다. 또한, 상기 고분자 박막이 증착되는 실리콘 입자의 표면 온도는 10~50℃ 범위로, 바람직하게는 13 ~ 45℃ 범위로 낮게 유지된다. 이런 낮은 표면 온도로 인해, iCVD는 기계적 또는 화학적 충격에 약한 여러 기판 위에 고분자 박막을 증착하는 데에 유용하게 쓰일 수 있다. 또한, 상기 iCVD는 50~1,000 mTorr 범위의 진공 상태에서, 바람직하게는 60 ~ 900 mTorr 범위의 진공 상태에서 공정이 이루어지기 때문에 고 진공 장비가 필요하지 않다.Initiator-based chemical vapor deposition (iCVD) refers to a process of polymerizing monomers by decomposing a vapor phase initiator into radicals. In the initiator-based chemical vapor deposition method, deposition of a polymer thin film occurs by supplying energy from a heat source such as a heated filament or UV, so it does not seem to be much different from the existing CVD process for inorganic thin film deposition, but the iCVD process has a temperature of 135~350℃. The initiator is activated at a low temperature in the range, preferably in the range of 140 to 340°C. In addition, the surface temperature of the silicon particles on which the polymer thin film is deposited is maintained low in the range of 10 to 50°C, preferably in the range of 13 to 45°C. Due to this low surface temperature, iCVD can be useful for depositing polymer thin films on various substrates that are vulnerable to mechanical or chemical shock. In addition, the iCVD process is carried out in a vacuum condition in the range of 50 to 1,000 mTorr, preferably in the range of 60 to 900 mTorr, so high vacuum equipment is not required.

한편, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 박막을 형성하는 단계는, (1) 반응기 내에 실리콘 입자를 공급하는 단계, (2) 실리콘 입자를 공급한 상기 반응기에 단량체와 개시제를 공급하는 단계, 및 (3) 상기 개시제를 활성화시켜 상기 단량체를 중합함으로써, 상기 실리콘 입자 표면에 고분자 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, the step of forming the polymer thin film includes (1) supplying silicon particles into a reactor, (2) supplying monomers and initiators to the reactor supplied with silicon particles. , and (3) activating the initiator to polymerize the monomer, thereby forming a polymer thin film on the surface of the silicon particle.

도 1은 본 발명의 구현예에 따라 실리콘 입자 표면에 개시제-기반 화학 기상 증착법(iCVD)으로 고분자 박막을 형성하는 과정을 개괄적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체의 제조방법을 설명한다.Figure 1 schematically shows the process of forming a polymer thin film on the surface of a silicon particle by initiator-based chemical vapor deposition (iCVD) according to an embodiment of the present invention. A method for manufacturing a silicone-polymer composite according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

단계 (1)Step (1)

위 단계 (1)에서, 반응기 내에 실리콘 입자를 공급한다.In step (1) above, silicon particles are supplied into the reactor.

본 발명의 일 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체의 제조방법에서 사용되는 반응기는 후술하는 개시제-기반 화학 기상 증착법(iCVD)를 이용하여 실리콘 입자 표면에 고분자 박막을 형성할 수 있는 것이라면, 그 구조가 특별히 제한되지 않는다.The reactor used in the method for producing a silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention is capable of forming a polymer thin film on the surface of a silicon particle using an initiator-based chemical vapor deposition (iCVD) method described later, and its structure is There are no particular restrictions.

본 발명의 구체예에서, 반응기(10)는 챔버(100), 장착부(200), 유입구(300), 유출구(400) 및 가열부(500)를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the reactor 10 may include a chamber 100, a mounting portion 200, an inlet 300, an outlet 400, and a heating portion 500.

상기 실리콘 입자는 반응기(10)의 챔버(100) 하단에 구비되어 있는 장착부(200)에 배치될 수 있다. 상기 장착부는 상기 실리콘 입자를 수용할 수 있는 것이라면 그 모양, 크기 및 재질이 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 장착부는 상기 실리콘 입자가 가능한 한 서로 겹치지 않도록 펼쳐서 배치될 수 있는 평판형일 수 있다. 더 구체적으로, 실리콘 기판(웨이퍼)이 상기 실리콘 입자를 수용하는 장착부로 사용될 수 있으나, 이것으로 특별히 제한되는 것은 아니다.The silicon particles may be placed on the mounting part 200 provided at the bottom of the chamber 100 of the reactor 10. The shape, size, and material of the mounting part are not particularly limited as long as it can accommodate the silicon particles. Specifically, the mounting portion may be of a flat shape in which the silicon particles can be spread out and arranged so as not to overlap each other as much as possible. More specifically, a silicon substrate (wafer) may be used as a mounting part to accommodate the silicon particles, but is not particularly limited thereto.

상기 장착부는 실리콘 입자의 위치를 변경시킬 수 있는 위치 변경 수단(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 위치 변경 수단은 예컨대 실리콘 기판인 장착부를 진동 또는 이동시켜 실리콘 기판 위에 배치되어 있는 실리콘 입자의 위치를 변경시키거나 회전시킴으로써, 후술하는 단계 (3)에서 실리콘 입자 표면에 고분자 박막이 고르게 형성되도록 하는 역할을 할 수 있으나, 이것으로 특별히 제한되는 것은 아니다.The mounting portion may be connected to a position changing means (not shown) that can change the position of the silicon particles. The position change means changes or rotates the position of the silicon particles placed on the silicon substrate by, for example, vibrating or moving the mounting part, which is a silicon substrate, so that a polymer thin film is evenly formed on the surface of the silicon particles in step (3), which will be described later. It can be done, but is not particularly limited to this.

단계 (2)Step (2)

위 단계 (2)에서, 단량체와 개시제가 반응기로 공급된다.In step (2) above, monomers and initiators are fed into the reactor.

이때, 상기 단량체(M)와 상기 개시제(I)는 기화되어 반응기(10)의 유입구(300)를 통해 챔버(100)로 공급될 수 있다.At this time, the monomer (M) and the initiator (I) may be vaporized and supplied to the chamber 100 through the inlet 300 of the reactor 10.

상기 단량체(M)는 휘발성을 가지며 개시제(I)에 의해 활성화되어 고분자를 형성할 수 있는 물질이다. 상기 단량체의 상세한 내용은 위 실리콘-고분자 복합체 항목에서 설명한 바와 같다.The monomer (M) is a volatile material that can be activated by an initiator (I) to form a polymer. Details of the monomer are as described in the silicon-polymer complex section above.

상기 개시제(I)는 열이나 빛에 의해 분해되어 자유 라디칼(free radical)을 형성하는 물질로서, 상기 단량체를 활성화시켜 고분자를 형성할 수 있는 물질이라면, 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 상기 개시제는 과산화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 개시제는 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, 벤조일 퍼옥사이드, 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드 및 벤조페논으로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이들로 특별히 제한되는 것은 아니다. 가장 바람직하게는, 상기 개시제는 디-t-부틸 퍼옥사이드일 수 있다.The initiator (I) is a substance that is decomposed by heat or light to form free radicals, and its type is not particularly limited as long as it is a substance that can form a polymer by activating the monomer. Preferably, the initiator may be peroxide. Specifically, the initiator includes at least one selected from the group consisting of di-t-butyl peroxide, t-butyl peroxybenzoate, benzoyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, lauryl peroxide, and benzophenone. It can be done, but is not particularly limited to these. Most preferably, the initiator may be di-t-butyl peroxide.

이때, 반응기 내 상기 단량체 유량은 0.1 sccm 내지 10 sccm일 수 있다. 구체적으로 단량체 유량은 0.1 sccm 이상, 또는 0.2 sccm 이상 및 10 sccm 이하. 5 sccm 이하, 또는 4 sccm 이하일 수 있다.At this time, the monomer flow rate in the reactor may be 0.1 sccm to 10 sccm. Specifically, the monomer flow rate is 0.1 sccm or more, or 0.2 sccm or more and 10 sccm or less. It may be 5 sccm or less, or 4 sccm or less.

또한, 반응기 내 상기 개시제 유량은 0.1 sccm 내지 5 sccm일 수 있다. 구체적으로 개시제 유량은 0.1 sccm 이상 및 5 sccm 이하, 3 sccm 이하 또는 2 sccm 이하일 수 있다.Additionally, the initiator flow rate in the reactor may be 0.1 sccm to 5 sccm. Specifically, the initiator flow rate may be 0.1 sccm or more, 5 sccm or less, 3 sccm or less, or 2 sccm or less.

단계 (3)Step (3)

위 단계 (3)에서, 상기 개시제가 활성화되어 상기 단량체를 중합함으로써 실리콘 입자 표면에 고분자 박막이 형성된다.In step (3) above, the initiator is activated to polymerize the monomer, thereby forming a polymer thin film on the surface of the silicon particle.

먼저, 기화된 상태로 반응기(10)의 챔버(100) 내로 공급된 개시제(I)는 가열부(500)와 접촉하여 활성화되어 자유 라디칼(I*)을 형성한다. 상기 가열부는 예를 들어 전기에 의해 가열되는 다수의 필라멘트일 수 있으나, 이것으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 가열부의 온도는 개시제를 분해하여 활성화시킬 수 있는 한 그 범위가 제한되지 않으나, 바람직하게는 135~350℃ 범위, 보다 바람직하게는 140~340℃ 범위인 것이 반응 물질들의 특성 변화 방지 등의 측면에서 유리할 수 있다.First, the initiator (I) supplied into the chamber 100 of the reactor 10 in a vaporized state is activated in contact with the heating unit 500 to form free radicals (I * ). The heating unit may be, for example, a plurality of filaments heated by electricity, but is not particularly limited thereto. The temperature of the heating unit is not limited as long as it can decompose and activate the initiator, but is preferably in the range of 135 to 350 ℃, more preferably 140 to 340 ℃ in terms of preventing changes in the characteristics of the reactants, etc. can be advantageous.

상기 개시제로부터 생성된 자유 라디칼(I*)과 단량체(M)는 챔버 하부로 이동하여 장착부(200)에 수용되어 있는 실리콘 입자 표면에 흡착된다. 상기 실리콘 입자 표면에 흡착된 단량체는 자유 라디칼(I*)에 의해 활성화(M*)되고 중합이 진행되어 실리콘 입자 표면에 고분자 박막을 형성한다.Free radicals (I * ) and monomers (M) generated from the initiator move to the bottom of the chamber and are adsorbed on the surface of the silicon particles accommodated in the mounting unit 200. The monomer adsorbed on the surface of the silicon particle is activated (M * ) by free radicals (I * ) and polymerization proceeds to form a polymer thin film on the surface of the silicon particle.

위 단계 (3)의 반응에 사용되고 남은 기상의 개시제와 단량체는 유출구(400)를 통해 반응기 밖으로 배출될 수 있다.The gaseous initiator and monomer remaining after being used in the reaction in step (3) above may be discharged out of the reactor through the outlet 400.

위 단계 (3)에서, 상기 단량체와 자유 라디칼의 흡착 속도를 증가시키기 위해서는, 실리콘 입자 표면의 온도를 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 실리콘 입자 표면의 온도는 10~50℃ 범위, 바람직하게는 13~45℃ 범위인 것이 바람직하나, 이 범위로 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 실리콘 입자 표면의 온도를 위 범위로 유지하기 위해, 반응기(10)는 장착부(200) 아래에 배치되는 냉각부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 냉각부(미도시)는 실리콘 입자 표면의 온도를 위 범위로 제어할 수 있는 한 냉각 방식, 구조 등이 특별히 제한되지는 않는다.In step (3) above, in order to increase the adsorption rate of the monomers and free radicals, it is desirable to keep the temperature of the silicon particle surface low. Specifically, the temperature of the surface of the silicon particle is preferably in the range of 10 to 50°C, preferably in the range of 13 to 45°C, but is not particularly limited to this range. In order to maintain the temperature of the surface of the silicon particle in the above range, the reactor 10 may additionally include a cooling unit (not shown) disposed below the mounting unit 200. The cooling method and structure of the cooling unit (not shown) are not particularly limited as long as the temperature of the silicon particle surface can be controlled within the above range.

위 단계 (3)은 50~1,000 mTorr, 바람직하게는 60~900 mTorr 범위의 진공 상태에서 이루어질 수 있다. 이러한 진공 범위는 고 진공 펌프가 아닌 단순한 로터리 펌프만으로도 제공될 수 있다. 또한, 상기 단계 (3)은 10분 ~ 6시간 동안, 바람직하게는 30분 ~ 2시간 동안 반응을 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 반응시간이 상기 시간 범위를 만족함에 따라, 목적하는 두께의 고분자 박막을 균일하게 형성할 수 있다.Step (3) above can be performed in a vacuum condition in the range of 50 to 1,000 mTorr, preferably 60 to 900 mTorr. This vacuum range can be provided with a simple rotary pump rather than a high vacuum pump. Additionally, step (3) may be performed for 10 minutes to 6 hours, preferably 30 minutes to 2 hours, but is not limited thereto. However, as the reaction time satisfies the above time range, a polymer thin film of the desired thickness can be uniformly formed.

위 단계 (3)에서 형성되는 고분자 박막의 물성은 iCVD의 공정 변수를 제어함으로써 쉽게 조절할 수 있다. 즉, 챔버 내의 압력과 온도, 반응 시간, 개시제와 단량체의 유량, 가열부 및 실리콘 입자의 표면 온도 등을 제어함으로써 고분자 박막의 분자량, 박막의 두께, 조성, 증착 속도 등을 용이하게 조절할 수 있다.The physical properties of the polymer thin film formed in step (3) above can be easily adjusted by controlling the process variables of iCVD. That is, the molecular weight, thickness, composition, deposition rate, etc. of the polymer thin film can be easily adjusted by controlling the pressure and temperature within the chamber, reaction time, flow rate of the initiator and monomer, surface temperature of the heating part and silicon particles, etc.

추가 단계Additional steps

본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체의 제조방법은, 상기 고분자 박막을 형성하는 단계 뒤에, 상기 고분자 박막의 표면에 탄소 박막을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The method for manufacturing a silicon-polymer composite according to an embodiment of the present invention may further include forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film after forming the polymer thin film.

상기 실리콘-고분자 복합체의 고분자 박막의 표면에 탄소 박막을 형성하는 단계는 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 장치와 방법, 예컨대 화학적 열분해 증착법을 이용하여 수행될 수 있으나, 이것으로 특별히 제한되는 것은 아니다.The step of forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite may be performed using devices and methods known in the technical field to which the present invention pertains, such as chemical pyrolysis deposition, but is not particularly limited thereto.

본 발명의 구체예에서, 상기 실리콘-고분자 복합체의 고분자 박막의 표면에 탄소 박막을 형성하는 단계는 기체 상태의 탄소 공급원의 존재하에 실리콘-고분자 복합체를 400~1,200℃의 온도에서 열처리하여 수행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite may be performed by heat treating the silicon-polymer composite at a temperature of 400 to 1,200° C. in the presence of a gaseous carbon source. there is.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 탄소 공급원은 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 프로판디올, 부탄디올, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 부타디엔, 사이클로펜텐, 아세틸렌, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 나프탈렌, 안트라센 및 디부틸하이드록시 톨루엔으로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있으나, 이들로 특별히 제한되는 것은 아니다.In a preferred embodiment of the invention, the carbon source is methane, ethane, propane, butane, methanol, ethanol, propanol, propanediol, butanediol, ethylene, propylene, butylene, butadiene, cyclopentene, acetylene, benzene, toluene, xyl. It may include at least one member selected from the group consisting of ene, ethylbenzene, naphthalene, anthracene, and dibutylhydroxy toluene, but is not particularly limited thereto.

상기 실리콘-고분자 복합체의 고분자 박막의 표면에 탄소 박막을 형성하는 단계는 위 탄소 공급원 외에 수소, 질소, 헬륨 및 아르곤으로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 불활성 가스의 존재하에 수행될 수 있다.The step of forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite may be performed in the presence of at least one inert gas selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen, helium, and argon in addition to the carbon source.

상기 탄소 박막을 형성하기 위한 반응 시간(열처리 시간)은 열처리 온도, 열처리 시의 압력, 가스 혼합물의 조성 및 원하는 탄소 코팅량에 따라 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 위 상기 반응 시간은 10분~100시간, 구체적으로 30분~90시간, 더 구체적으로는 50분~40시간일 수 있지만, 이 범위로 특별히 제한되는 것은 아니다.The reaction time (heat treatment time) for forming the carbon thin film can be appropriately adjusted depending on the heat treatment temperature, pressure during heat treatment, composition of the gas mixture, and desired carbon coating amount. For example, the above reaction time may be 10 minutes to 100 hours, specifically 30 minutes to 90 hours, and more specifically 50 minutes to 40 hours, but is not particularly limited to this range.

본 발명의 구체예에서, 상기 실리콘-고분자 복합체의 고분자 박막의 표면에 탄소 박막을 형성하는 단계는 탄소 공급원을 필요에 따라 용매에 분산시킨 용액과 실리콘-고분자 복합체를 혼합한 후, 이를 건조 및 400~1,400℃의 온도에서 열처리하여 수행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite includes mixing the silicon-polymer composite with a solution in which the carbon source is dispersed in a solvent as needed, drying the mixture, and It can be performed by heat treatment at a temperature of ~1,400°C.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 탄소 공급원은 피치, 탄화수소계 물질 및 석유계 물질로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 피치는 석유계 피치, 석탄계 피치 또는 그 혼합물일 수 있고, 상기 탄화수소계 물질은 퍼푸릴 알코올(furfuryl alcohol) 또는 페놀계 수지일 수 있고, 상기 석유계 물질은 열분해 연료유(pyrolysis fuel oil; PFO), 나프타 분해 잔사유(naphtha cracking bottomoil; NCB), 에틸렌 분해 잔사유(ethylene cracker bottom oil; EBO), 감압 잔사유(vacuum residue; VR), 탈아스팔트 오일(de-asphalted oil; DAO), 상압 잔사유(atmospheric residue; AR), 유동 접촉 분해유(fluid catalytic cracking decant oil; FCC-DO), RFCC-DO(residue fluid catalytic cracking decant oil) 또는 중질 방향족 유분(heavy aromatic oil)일 수 있다. 용매는 테트라하이드로퓨란(THF) 또는 알코올일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the carbon source may be selected from the group consisting of pitch, hydrocarbon-based materials and petroleum-based materials. More specifically, the pitch may be petroleum-based pitch, coal-based pitch, or a mixture thereof, the hydrocarbon-based material may be furfuryl alcohol or phenol-based resin, and the petroleum-based material may be pyrolysis fuel oil. fuel oil (PFO), naphtha cracking bottom oil (NCB), ethylene cracker bottom oil (EBO), vacuum residue (VR), de-asphalted oil; DAO), atmospheric residue (AR), fluid catalytic cracking decant oil (FCC-DO), residue fluid catalytic cracking decant oil (RFCC-DO), or heavy aromatic oil. You can. The solvent may be tetrahydrofuran (THF) or alcohol.

상기 탄소 박막 형성 단계에 의해 실리콘-고분자 복합체의 고분자 박막의 표면 전체에 걸쳐 탄소 박막이 균일하게 형성된 실리콘-고분자-탄소 복합체를 얻을 수 있다. 상기 실리콘-고분자 복합체의 고분자 박막의 표면에 상기 탄소 박막을 형성할 때, 단량체의 종류, 고분자 박막 형성 시 공정 조건, 탄소원의 종류, 탄소 박막 형성 시의 공정 조건 등을 적절히 조절하여 고분자 박막이 실질적으로 손상되지 않으면서 그 표면 위에 탄소 박막을 형성할 수 있다. 즉, 상기 실리콘-고분자 복합체의 고분자 박막의 표면에 상기 탄소 박막을 형성할 때, 상기 고분자 박막의 10~100 중량%, 바람직하게는 50~100 중량%, 더 바람직하게는 80~100 중량%가 실리콘 입자 표면에 남아 있을 수 있다. 이렇게 얻은 실리콘-고분자-탄소 복합체를 음극 활물질로서 사용할 경우, 구조 변화 없이 음극 활물질의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.Through the carbon thin film forming step, a silicon-polymer-carbon composite in which a carbon thin film is formed uniformly over the entire surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite can be obtained. When forming the carbon thin film on the surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite, the type of monomer, the process conditions for forming the polymer thin film, the type of carbon source, and the process conditions for forming the carbon thin film are appropriately adjusted to ensure that the polymer thin film is substantially formed. A carbon thin film can be formed on the surface without being damaged. That is, when forming the carbon thin film on the surface of the polymer thin film of the silicon-polymer composite, 10 to 100% by weight, preferably 50 to 100% by weight, more preferably 80 to 100% by weight of the polymer thin film. Silicon particles may remain on the surface. When the silicon-polymer-carbon composite obtained in this way is used as a negative electrode active material, the electrical conductivity of the negative electrode active material can be improved without structural change.

본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체 또는 실리콘-고분자-탄소 복합체의 제조방법에서, 얻어진 실리콘-고분자 복합체 또는 실리콘-고분자-탄소 복합체는 해쇄 또는 분쇄 및 분급될 수 있다. 분급을 통해 복합체의 입도 분포를 균일하게 수 있다. 여기서 분급은 건식 분급, 습식 분급 또는 체를 이용한 분급 등이 이용될 수 있다.In the method for producing a silicone-polymer composite or a silicone-polymer-carbon composite according to an embodiment of the present invention, the obtained silicone-polymer composite or silicone-polymer-carbon composite may be disintegrated or pulverized and classified. Through classification, the particle size distribution of the composite can be made uniform. Here, dry classification, wet classification, or classification using a sieve may be used for classification.

음극 활물질negative active material

본 발명의 또 다른 구현예에 따라서, 상기 실리콘-고분자 복합체를 포함하는 음극 활물질이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a negative electrode active material including the silicon-polymer composite is provided.

본 발명의 구현예에 따른 음극 활물질은 상기 실리콘-고분자 복합체 또는 실리콘-고분자-탄소 복합체 외에 탄소계 음극 재료, 구체적으로 흑연계 음극 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 본 발명의 구현예에 따른 실리콘-고분자 복합체 또는 실리콘-고분자-탄소 복합체와 탄소계 음극 재료, 예를 들어 흑연계 음극 재료를 혼합하여 얻어질 수 있다.The anode active material according to an embodiment of the present invention may further include a carbon-based anode material, specifically a graphite-based anode material, in addition to the silicon-polymer composite or the silicon-polymer-carbon composite. For example, the negative electrode active material may be obtained by mixing a silicon-polymer composite or a silicon-polymer-carbon composite according to an embodiment of the present invention with a carbon-based negative electrode material, for example, a graphite-based negative electrode material.

여기서, 탄소계 음극 재료는, 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연, 소프트 카본, 하드 카본, 메조카본, 탄소 파이버, 탄소 나노튜브, 열분해 탄소류, 코크스류, 유기 고분자 화합물 소성체 및 카본 블랙으로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있으나, 이들로 특별히 제한되는 것은 아니다.Here, the carbon-based negative electrode material includes, for example, natural graphite, artificial graphite, soft carbon, hard carbon, mesocarbon, carbon fiber, carbon nanotube, pyrolytic carbon, coke, organic polymer compound sintered body, and carbon black. It may include at least one member selected from the group consisting of, but is not particularly limited to, these.

본 발명의 구현예에 따른 음극 활물질 중의 탄소계 음극 재료의 함량은 음극 활물질 총 중량에 대해 2~80 중량%, 바람직하게는 5~70 중량%, 더욱 바람직하게는 30~70 중량%일 수 있다.The content of the carbon-based negative electrode material in the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention may be 2 to 80% by weight, preferably 5 to 70% by weight, and more preferably 30 to 70% by weight, based on the total weight of the negative electrode active material. .

본 발명의 구현예에 따른 음극 활물질은 이차전지, 구체적으로 리튬 이차전지의 음극 및 전고체 전지의 음극 등을 제조하는 데에 효과적으로 사용될 수 있다.The anode active material according to embodiments of the present invention can be effectively used to manufacture secondary batteries, specifically, the anode of a lithium secondary battery and the anode of an all-solid-state battery.

전고체 전지solid-state battery

본 발명의 또 다른 구현예에 따라서, 상기 실리콘-고분자 복합체를 포함하는 SEI(Solid Electrolyte Interphase)막을 포함하는 전고체 전지가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, an all-solid-state battery including a solid electrolyte interphase (SEI) film including the silicon-polymer composite is provided.

상기 전고제 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지일 수 있고, 상기 음극은 음극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질 층의 음극 활물질 입자 상 적어도 일부에 상술한 실리콘-고분자 복합체를 포함하는 SEI(Solid Electrolyte Interphase)막을 포함할 수 있다.The all-solid-state battery may be an all-solid-state battery including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, and the negative electrode may include a negative electrode active material layer, and at least a portion of the negative electrode active material particles of the negative electrode active material layer. It may include a solid electrolyte interphase (SEI) film containing the silicon-polymer complex described above.

한편, 상기 음극 활물질 입자는 탄소계 음극 재료일 수 있으며, 이 경우 상술한 음극 활물질에 대한 내용에서 설명한 내용과 동일할 수 있음에 따라, 관련 설명은 생략하도록 한다.Meanwhile, the negative electrode active material particles may be a carbon-based negative electrode material, and in this case, since the content may be the same as that described in the above-mentioned content regarding the negative electrode active material, the related description will be omitted.

또한, 상기 전고체 전지의 음극 활물질 입자와 SEI막 외에, 음극 구성, 양극 구성 및 고체 전해질 구성 등은 공지된 전고체 전지의 구성을 적용할 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.In addition, in addition to the negative electrode active material particles and the SEI film of the all-solid-state battery, the negative electrode composition, positive electrode composition, and solid electrolyte composition can be applied to known all-solid-state batteries, and are not particularly limited in the present invention.

실시예Example

이하 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들로 한정되지는 않는다.The present invention will be described in more detail through examples below. The following examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1><Example 1>

실리콘-고분자 복합체의 제조Preparation of silicone-polymer composites

도 1에 개괄적으로 도시된 반응기를 이용하여 실리콘-고분자 복합체를 제조하였다. 평균 입경 20 ㎛와 2 ㎛를 갖는 실리콘 분말 각각 5g을 원형 실리콘 웨이퍼상에 고르게 펴서 배치하였다. 유입구를 통해 기화된 단량체와 개시제를 반응기 챔버 내로 공급하여 실리콘 입자 표면에 고분자 박막(pPFDA)을 형성시켰다. 본 실시예 1에 사용된 물질과 공정의 구체적인 조건은 다음과 같다.A silicone-polymer composite was prepared using the reactor schematically shown in Figure 1. 5 g of silicon powder with average particle diameters of 20 ㎛ and 2 ㎛ were spread evenly on a circular silicon wafer. Vaporized monomers and initiators were supplied into the reactor chamber through the inlet to form a polymer thin film (pPFDA) on the surface of the silicon particles. The specific conditions of the materials and processes used in Example 1 are as follows.

- 비다공성 실리콘 입자: 평균 입경 20 ㎛와 2 ㎛(REC Silicon)- Non-porous silicon particles: average particle diameter of 20 ㎛ and 2 ㎛ (REC Silicon)

- 단량체: 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 아크릴레이트(Aldrich, 97%)- Monomer: 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl acrylate (Aldrich, 97%)

- 개시제: 디-t-부틸 퍼옥사이드(Aldrich, 98%)- Initiator: di-t-butyl peroxide (Aldrich, 98%)

- 개시제 평균 공급 유량: 0.26 sccm- Initiator average feed flow rate: 0.26 sccm

- 단량체 평균 공급 유량: 0.425 sccm- Monomer average feed flow rate: 0.425 sccm

- 필라멘트 온도: 140℃- Filament temperature: 140℃

- 반응기 챔버 내의 압력: 80 mTorr- Pressure in reactor chamber: 80 mTorr

- 반응기 장착부(실리콘 웨이퍼)의 표면 온도: 38℃- Surface temperature of reactor mounting part (silicon wafer): 38℃

<실험예 1><Experimental Example 1>

(1) X선 광전자 분광법(1) X-ray photoelectron spectroscopy

고분자 박막이 형성되기 전후의 실리콘 입자에 대해 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)으로 입자 표면의 원소를 분석하였다(Xray Photoelectron Spectroscopy)(Multilab 2000, Thermo) 그 결과를 표 1에 나타내었다.Silicon particles before and after the polymer thin film was formed were analyzed for elements on the particle surface using X-ray photoelectron spectroscopy (Multilab 2000, Thermo). The results are shown in Table 1.

실리콘 입경Silicon particle size 탄소carbon 불소fluoride 산소Oxygen 실리콘silicon 20 ㎛20㎛ 고분자 박막 형성 전Before forming polymer thin film 42.4642.46 00 24.1824.18 33.3633.36 고분자 박막 형성 후After forming a polymer thin film 20.3420.34 21.7921.79 18.218.2 39.6739.67 2 ㎛2㎛ 고분자 박막 형성 전Before forming polymer thin film 24.8224.82 0.30.3 25.0125.01 49.8749.87 고분자 박막 형성 후After forming a polymer thin film 25.3625.36 21.821.8 17.1817.18 35.6635.66

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 고분자 박막이 형성되기 전에는 실리콘 입자의 표면에서 불소가 거의 측정되지 않았으나, 본 발명의 제조방법에 의해 실리콘 입자에 고분자 박막을 형성한 후에는 상당량의 불소가 측정되었다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의해 실리콘 입자 표면에 불소-함유 고분자 박막이 형성된 실리콘-고분자 복합체가 제조되었음을 알 수 있다.(2) 수 분산성As can be seen from Table 1, almost no fluorine was measured on the surface of the silicon particles before the polymer thin film was formed, but a significant amount of fluorine was measured after forming the polymer thin film on the silicon particles by the manufacturing method of the present invention. . Therefore, it can be seen that a silicon-polymer composite in which a fluorine-containing polymer thin film was formed on the surface of the silicon particle was manufactured by the manufacturing method of the present invention. (2) Water dispersibility

고분자 박막이 형성되기 전의 실리콘 입자와 실시예 1에서 얻어진 실리콘-고분자 복합체 각각 0.3 g을 10 ㎖의 물에 함침시키는 방법을 이용하여 10분 동안 분산시켰다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.0.3 g each of the silicon particles before the polymer thin film was formed and the silicon-polymer composite obtained in Example 1 were dispersed for 10 minutes by impregnating them in 10 ml of water. The results are shown in Figure 3.

고분자 박막이 형성되기 전의 실리콘 입자는 물에 충분히 분산된 것으로 보아(도 3a) 친수성을 나타내는 것을 알 수 있다. 반면, 고분자 박막이 형성된 실리콘-고분자 복합체는 물에 분산되지 않고 물 표면에 층을 형성하는 것으로 보아(도 3b) 그 표면이 소수성으로 개질된 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 제조방법에 의해 실리콘 입자 표면에 불소-함유 고분자 박막이 형성된 실리콘-고분자 복합체가 제조되었음을 나타내는 것이다.It can be seen that the silicon particles before the polymer thin film is formed are sufficiently dispersed in water (Figure 3a), showing hydrophilicity. On the other hand, the silicon-polymer composite on which the polymer thin film was formed was not dispersed in water but formed a layer on the water surface (Figure 3b), indicating that the surface was modified to be hydrophobic. This indicates that a silicon-polymer composite in which a fluorine-containing polymer thin film was formed on the surface of the silicon particle was manufactured by the manufacturing method of the present invention.

(3) 투과전자현미경-에너지 분산형 광학분석(3) Transmission electron microscopy-energy dispersive optical analysis

고분자 박막이 형성된 평균 입경 20 ㎛의 실리콘 입자에 대해 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM)-에너지 분산형 광학분석(energy dispersive spectrometer; EDS)(Tecnai G2 F30 S-Twin, FEI company)를 이용해 관찰하였다. TEM 분석 결과를 도 4에 나타내고, EDS 분석 결과를 도 5 및 표 2와 3에 나타내었다.Observation of silicon particles with an average particle diameter of 20 ㎛ on which a polymer thin film was formed using a transmission electron microscope (TEM)-energy dispersive spectrometer (EDS) (Tecnai G2 F30 S-Twin, FEI company) did. The TEM analysis results are shown in Figure 4, and the EDS analysis results are shown in Figure 5 and Tables 2 and 3.

원자 %atomic % 평균average AA BB CC SiSi 87.8787.87 92.2692.26 2.332.33 68.3068.30 CC 6.796.79 3.473.47 92.8292.82 23.6623.66 FF 1.291.29 0.590.59 00 1.161.16 AlAl 0.460.46 00 00 0.330.33 OO 6.036.03 3.683.68 4.854.85 6.566.56

원자 %atomic % DD EE FF 0.260.26 1.071.07 CC 1.911.91 13.6713.67 SiSi 97.8397.83 85.2685.26

그 결과, 도 2의 Bare 실리콘 입자와 도 4의 TEM 사진으로부터, 실시예 1에서 얻어진 실리콘-고분자 복합체는 입자가 부서지는 등의 문제 없이, 두께 5nm 내외의 균일한 박막이 형성되어 실질적으로 본래의 모양을 유지하고 있는 것을 알 수 있다.도 5 및 표 2와 3은 실리콘-고분자 복합체가 존재하는 부위(도 5a의 A 및 B 표시 부분 및 도 5b의 D 및 E 표시 부분)와 실리콘-고분자 복합체가 존재하지 않는 부위(도 5a의 C 표시 부분)의 EDS 분석 결과를 나타낸 것이다. 실리콘-고분자 복합체가 존재하는 부위에서는 단량체의 성분인 불소가 모두 관찰된 반면, 실리콘-고분자 복합체가 존재하지 않는 부위에서는 단량체의 성분인 불소가 관찰되지 않았다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의해 실리콘 입자 표면에 고분자 박막이 형성된 실리콘-고분자 복합체가 제조되었음을 정성적으로도 알 수 있다.As a result, from the bare silicon particles in FIG. 2 and the TEM photo in FIG. 4, the silicon-polymer composite obtained in Example 1 formed a uniform thin film with a thickness of about 5 nm without problems such as particle breakage, substantially retaining its original state. It can be seen that the shape is maintained. Figure 5 and Tables 2 and 3 show the area where the silicone-polymer complex exists (portions marked A and B in Fig. 5a and portions marked D and E in Fig. 5b) and the silicon-polymer composite. This shows the EDS analysis results of the area where does not exist (the part marked C in Figure 5a). All fluorine, a component of the monomer, was observed in areas where the silicone-polymer complex was present, whereas fluorine, a component of the monomer, was not observed in areas where the silicone-polymer complex was not present. Therefore, it can be seen qualitatively that a silicon-polymer composite with a polymer thin film formed on the surface of the silicon particle was manufactured by the manufacturing method of the present invention.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1과 동일하게 실시하여 실리콘-고분자 복합체를 제조하되, 하기 사항을 변경하여 실리콘 입자 표면에 고분자 박막(pDMAMS)을 형성하여 실리콘-고분자 복합체를 제조하였다.A silicon-polymer composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the following details were changed to form a polymer thin film (pDMAMS) on the surface of the silicon particles.

- 비다공성 실리콘 입자: 평균 입경 20 ㎛(REC Silicon)- Non-porous silicon particles: average particle diameter 20 ㎛ (REC Silicon)

- 단량체: 디메틸아미노메틸 스티렌(Dimethylaminomethyl styrene)(Acros, 90%)- Monomer: Dimethylaminomethyl styrene (Acros, 90%)

- 반응기 챔버 내의 압력: 160 mTorr- Pressure in reactor chamber: 160 mTorr

- 반응기 장착부(실리콘 웨이퍼)의 표면 온도: 35℃- Surface temperature of reactor mounting part (silicon wafer): 35℃

<실험예 2><Experimental Example 2>

(1) 투과전자현미경-에너지 분산형 광학분석(1) Transmission electron microscopy-energy dispersive optical analysis

고분자 박막이 형성된 평균 입경 20 ㎛의 실리콘 입자(실시예 2)에 대해 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM)-에너지 분산형 광학분석(energy dispersive spectrometer; EDS)(Tecnai G2 F30 S-Twin, FEI company)를 이용해 관찰하였다. TEM 분석 결과를 도 6에 나타내고, EDS 분석 결과를 도 7에 나타내었다.Transmission electron microscope (TEM) - energy dispersive spectrometer (EDS) (Tecnai G2 F30 S-Twin, FEI) on silicon particles with an average particle diameter of 20 ㎛ (Example 2) on which a polymer thin film was formed. company) was observed. The TEM analysis results are shown in Figure 6, and the EDS analysis results are shown in Figure 7.

그 결과, 도 2의 Bare 실리콘 입자와 도 6의 TEM 사진으로부터, 실시예 2에서 얻어진 실리콘-고분자 복합체는 두께 5nm 내외의 균일한 박막이 형성되어 실질적으로 본래의 모양을 유지하고 있는 것을 알 수 있었다.As a result, from the bare silicon particles in FIG. 2 and the TEM photo in FIG. 6, it was found that the silicon-polymer composite obtained in Example 2 formed a uniform thin film with a thickness of about 5 nm and substantially maintained its original shape. .

또한 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 2에서 얻어진 실리콘-고분자 복합체는 소정의 질소 원자가 확인되는 바, 본 발명의 제조방법에 의해 실리콘 입자 표면에 고분자 박막이 형성된 실리콘-고분자 복합체가 제조되었음을 정성적으로도 알 수 있었다.In addition, as shown in Figure 7, the silicon-polymer composite obtained in Example 2 was confirmed to have a predetermined nitrogen atom, indicating that a silicon-polymer composite in which a polymer thin film was formed on the surface of the silicon particle was manufactured by the manufacturing method of the present invention. I could tell from the sex as well.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1과 동일하게 실시하여 실리콘-고분자 복합체를 제조하되, 하기 사항을 변경하여 실리콘 입자 표면에 고분자 박막(pDVB)을 형성하여 실리콘-고분자 복합체를 제조하였다.A silicone-polymer composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the following details were changed to form a polymer thin film (pDVB) on the surface of the silicon particle.

- 비다공성 실리콘 입자: 평균 입경 20 ㎛(REC Silicon)- Non-porous silicon particles: average particle diameter 20 ㎛ (REC Silicon)

- 단량체: 디비닐벤젠(Divinylbenzene)(Aldrich, 80%)- Monomer: Divinylbenzene (Aldrich, 80%)

- 반응기 챔버 내의 압력: 450 mTorr- Pressure in reactor chamber: 450 mTorr

- 반응기 장착부(실리콘 웨이퍼)의 표면 온도: 23℃- Surface temperature of reactor mounting part (silicon wafer): 23℃

<실험예 3><Experimental Example 3>

(1) 투과전자현미경 분석(1) Transmission electron microscopy analysis

고분자 박막이 형성된 평균 입경 20 ㎛의 실리콘 입자(실시예 3)에 대해 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM)을 이용해 관찰하였다. TEM 분석 결과를 도 8에 나타내었다.Silicon particles with an average particle diameter of 20 ㎛ (Example 3) on which a polymer thin film was formed were observed using a transmission electron microscope (TEM). The TEM analysis results are shown in Figure 8.

그 결과, 도 2의 Bare 실리콘 입자와 도 8의 TEM 사진으로부터, 실시예 3에서 얻어진 실리콘-고분자 복합체는 두께 10nm 내외의 균일한 박막이 형성되어 실질적으로 본래의 모양을 유지하고 있는 것을 알 수 있었다.As a result, from the bare silicon particles in FIG. 2 and the TEM photo in FIG. 8, it was found that the silicon-polymer composite obtained in Example 3 formed a uniform thin film with a thickness of about 10 nm and substantially maintained its original shape. .

<실시예 4><Example 4>

실시예 1과 동일하게 실시하여 실리콘-고분자 복합체를 제조하되, 하기 사항을 변경하여 실리콘 입자 표면에 고분자 박막(pGMA)을 형성하여 실리콘-고분자 복합체를 제조하였다.A silicone-polymer composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the following details were changed to form a polymer thin film (pGMA) on the surface of the silicon particle.

- 비다공성 실리콘 입자: 평균 입경 20 ㎛(REC Silicon)- Non-porous silicon particles: average particle diameter 20 ㎛ (REC Silicon)

- 단량체: 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate)(Alcrich, 97%)- Monomer: Glycidyl methacrylate (Alcrich, 97%)

- 반응기 챔버 내의 압력: 300 mTorr- Pressure in reactor chamber: 300 mTorr

- 반응기 장착부(실리콘 웨이퍼)의 표면 온도: 30℃- Surface temperature of reactor mounting part (silicon wafer): 30℃

<실험예 4><Experimental Example 4>

(1) 투과전자현미경 분석(1) Transmission electron microscopy analysis

고분자 박막이 형성된 평균 입경 20 ㎛의 실리콘 입자(실시예 4)에 대해 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM)을 이용해 관찰하였다. TEM 분석 결과를 도 9에 나타내었다.Silicon particles with an average particle diameter of 20 ㎛ (Example 4) on which a polymer thin film was formed were observed using a transmission electron microscope (TEM). The TEM analysis results are shown in Figure 9.

그 결과, 도 2의 Bare 실리콘 입자와 도 9의 TEM 사진으로부터, 실시예 4에서 얻어진 실리콘-고분자 복합체는 두께 10nm 내외의 균일한 박막이 형성되어 실질적으로 본래의 모양을 유지하고 있는 것을 알 수 있었다.As a result, from the bare silicon particles in FIG. 2 and the TEM photo in FIG. 9, it was found that the silicon-polymer composite obtained in Example 4 formed a uniform thin film with a thickness of about 10 nm and substantially maintained its original shape. .

<비교예 1><Comparative Example 1>

실리콘-고분자 복합체의 제조Preparation of silicone-polymer composites

톨루엔 용매에 폴리디비닐벤젠(Poly(Divinylbenzene), pDVB)을 3 중량% 농도로 용해시킨 용액 10ml에, 평균 입경 20 ㎛를 갖는 실리콘 분말을 0.5g 넣고, 120분 동안 40rpm 속도 및 상온(25℃) 조건으로 액상 코팅을 수행한 후, 액상 코팅된 실리콘 분말을 꺼내어 온도 상온(25℃)에서 12시간 동안 건조하여 액상 코팅 실리콘-고분자 복합체를 제조하였다.0.5 g of silicon powder with an average particle diameter of 20 ㎛ was added to 10 ml of a solution of 3% by weight polydivinylbenzene (pDVB) dissolved in toluene solvent, and incubated at 40 rpm for 120 minutes at room temperature (25°C). ), the liquid-coated silicon powder was taken out and dried at room temperature (25°C) for 12 hours to prepare a liquid-coated silicone-polymer composite.

<실험예 5><Experimental Example 5>

(1) 투과전자현미경 비교 분석(1) Transmission electron microscope comparative analysis

Bare 실리콘 입자(도 10a ~ 도 10d), 실시예 4에서 얻어진 실리콘-고분자 복합체(도 10e ~ 도 10h) 및 비교예 1(도 10i ~ 도 10l)에서 얻어진 액상 코팅 실리콘-고분자 복합체에 대해 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM)을 이용해 관찰하였다. TEM 분석 결과를 도 10에 나타내었다.Transmitted electrons for the bare silicon particles (FIGS. 10a to 10d), the silicone-polymer composite obtained in Example 4 (FIGS. 10e to 10h), and the liquid coated silicone-polymer composite obtained in Comparative Example 1 (FIGS. 10i to 10l). It was observed using a transmission electron microscope (TEM). The TEM analysis results are shown in Figure 10.

그 결과, 실시예 4에 따른 실리콘-고분자 복합체(도 10e ~ 도 10h)의 경우 Bare 실리콘 입자(도 10a ~ 도 10d)의 형상이 유지되면서 균일한 두께의 고분자 코팅이 이루어진 것을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that in the case of the silicone-polymer composite according to Example 4 (FIGS. 10e to 10h), the shape of the bare silicon particles (FIGS. 10a to 10d) was maintained and a polymer coating of uniform thickness was achieved.

반면에, 비교예 1(도 10i ~ 도 10l)에서 얻어진 액상 코팅 실리콘-고분자 복합체의 경우 Bare 실리콘 입자(도 10a ~ 도 10d) 형상의 유지가 되지 않고, Bare 실리콘 입자의 형상과 관계 없는 비정형의 형상으로 고분자가 코팅되는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of the liquid coated silicone-polymer composite obtained in Comparative Example 1 (FIGS. 10i to 10l), the shape of the bare silicon particle (FIGS. 10a to 10d) is not maintained, and an atypical shape unrelated to the shape of the bare silicon particle is formed. It was confirmed that the polymer was coated in this shape.

종합하면, 실리콘 입자 상에 균일한 두께의 고분자를 코팅하기 위해서는 iCVD 방법을 사용해야함을 알 수 있다.In summary, it can be seen that the iCVD method must be used to coat polymers of uniform thickness on silicon particles.

<제조예 1><Manufacturing Example 1>

실시예 1에 따라 제조한 실리콘-고분자 복합체를, 이용하여 하프 코인셀을 제조하였다. 하프 코인 셀 제조 조건은 아래에 나타내었다. A half coin cell was manufactured using the silicone-polymer composite prepared according to Example 1. Half coin cell manufacturing conditions are shown below.

- 조성(AM:CM:BM) = 8:1:1(이때, AM, CM 및 BM은 각각 활물질(실란이 증착된 다공성 탄소지지체), 도전체(슈퍼P 카본블랙) 및 바인더(스티렌-부타디엔 고무/카르복시메틸 셀룰로오스 5:5)를 나타냄.)- Composition (AM:CM:BM) = 8:1:1 (where AM, CM, and BM are active material (porous carbon support on which silane is deposited), conductor (Super P carbon black), and binder (styrene-butadiene), respectively. Rubber/carboxymethyl cellulose 5:5).

- 면적 용량(mAh/㎠): 4.5- Area capacity (mAh/㎠): 4.5

- 전해질: 1.3 M LiPF6 EC/EMC/DMC 3:5:2, FEC 10%, LiBF4 0.2%, VC 0.5%, PS 1%(이때, EC, EMC,DMC, FEC, VC, PS는 에틸렌 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 프로판 설톤을 각각 나타냄.)- Electrolyte: 1.3 M LiPF 6 EC/EMC/DMC 3:5:2, FEC 10%, LiBF4 0.2%, VC 0.5%, PS 1% (here, EC, EMC, DMC, FEC, VC, PS are ethylene carbonate) , ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, and propane sultone, respectively.)

<실험예 6><Experimental Example 6>

(1) 전기화학평가(1) Electrochemical evaluation

제조예 1에 따라 제조한 리튬 이차전지에 대하여 아래와 같은 조건으로 초기 충방전효율, 초기 쿨롱 효율(ICE) 및 용량유지율(14th cycle capacity retention (%))을 측정하여, 하기 표 4 및 도 11에 나타내었다.For the lithium secondary battery manufactured according to Preparation Example 1, the initial charge/discharge efficiency, initial coulombic efficiency (ICE), and capacity retention (%) were measured under the following conditions, and are shown in Table 4 and Figure 11 below. shown in

- 컷-오프 전압(V): 형성 0.005-1.5, 사이클 시험 0.005-1.5- Cut-off voltage (V): forming 0.005-1.5, cycle test 0.005-1.5

- C-레이트(C): 형성 0.1-0.1, 0.005V에서 0.01C 컷-오프(CV)- C-Rate (C): forming 0.1-0.1, 0.01C cut-off (CV) at 0.005V

Charge capacity(mAh/g)Charge capacity(mAh/g) Discharge capacity(mAh/g)Discharge capacity(mAh/g) ICE (%)ICE (%) 14th cycle capacity retention (%)14 th cycle capacity retention (%) Bare Si 적용Bare Si application 3935.93935.9 3123.03123.0 79.379.3 5.75.7 실시예 1 적용Example 1 Application 3784.93784.9 2909.52909.5 76.976.9 6.36.3

그 결과, 상기 표 4 및 도 11에서 알 수 있듯이, 초기방전효율과 ICE가 유사 수준을 보이면서도, 용량 유지율이 상승한 것을 확인할 수 있다.구체적으로, 제조예 1의 경우 Bare Si 적용예 대비, Bare Si 표면 상에 소정의 물질 코팅 시 발생하는 충방전용량의 감소를 최소화하면서도, 용량유지율의 상대비율 측면에서 10% 이상의 현저한 상승을 달성하였다.As a result, as can be seen in Table 4 and Figure 11, it can be seen that the initial discharge efficiency and ICE are at similar levels, while the capacity maintenance rate is increased. Specifically, in the case of Preparation Example 1, compared to the Bare Si application example, Bare While minimizing the decrease in charge/discharge capacity that occurs when coating a predetermined material on the Si surface, a significant increase of more than 10% in terms of the relative rate of capacity maintenance was achieved.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same spirit. , other embodiments can be easily proposed by change, deletion, addition, etc., but this will also be said to be within the scope of the present invention.

Claims (13)

실리콘 입자 표면에, 개시제-기반 화학 기상 증착법(initiator-based chemical vapor deposition, iCVD)을 통해 고분자 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.A method for producing a silicon-polymer composite comprising: forming a polymer thin film on the surface of a silicon particle through initiator-based chemical vapor deposition (iCVD). 제1항에 있어서,According to paragraph 1, 상기 고분자 박막을 형성하는 단계는,The step of forming the polymer thin film is, (1) 반응기 내에 실리콘 입자를 공급하는 단계; (1) supplying silicon particles into the reactor; (2) 실리콘 입자를 공급한 상기 반응기에 단량체와 개시제를 공급하는 단계; 및 (2) supplying monomers and initiators to the reactor supplied with silicon particles; and (3) 상기 개시제를 활성화시켜서 상기 단량체를 중합함으로써, 상기 실리콘 입자 표면에 고분자 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.(3) activating the initiator to polymerize the monomer, thereby forming a polymer thin film on the surface of the silicon particle. 제1항에 있어서,According to paragraph 1, 상기 실리콘 입자는 비다공성 실리콘 입자인 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.The silicon particles are non-porous silicon particles. A method of producing a silicon-polymer composite. 제1항에 있어서,According to paragraph 1, 상기 실리콘 입자는 평균 입경이 10 nm 내지 50 ㎛인 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.The silicon particles are a method of producing a silicon-polymer composite having an average particle diameter of 10 nm to 50 ㎛. 제1항에 있어서,According to paragraph 1, 상기 고분자 박막은 두께가 1 nm 내지 10 ㎛인 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.The polymer thin film is a method of producing a silicon-polymer composite having a thickness of 1 nm to 10 ㎛. 제2항에 있어서, 상기 단계 (2)에서, The method of claim 2, wherein in step (2), 상기 단량체는 0.1 sccm 내지 10 sccm의 유량으로 공급되고,The monomer is supplied at a flow rate of 0.1 sccm to 10 sccm, 상기 개시제는 0.1 sccm 내지 5 sccm의 유량으로 공급되는 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.The initiator is supplied at a flow rate of 0.1 sccm to 5 sccm. 제2항에 있어서,According to paragraph 2, 상기 개시제는 소정의 열처리를 통해 활성화되며, The initiator is activated through a predetermined heat treatment, 상기 열처리는 온도 135~350℃로 수행하는 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.A method of manufacturing a silicone-polymer composite in which the heat treatment is performed at a temperature of 135 to 350°C. 제2항에 있어서, According to paragraph 2, 상기 단계 (3)은 압력 50~1,000 mTorr의 진공상태에서 10분 ~ 6시간 동안 수행되는 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.The step (3) is a method of manufacturing a silicone-polymer composite performed for 10 minutes to 6 hours under vacuum at a pressure of 50 to 1,000 mTorr. 제1항에 있어서, 상기 고분자 박막을 형성하는 단계 뒤에, The method of claim 1, wherein after forming the polymer thin film, 상기 고분자 박막 표면에 탄소 박막을 형성시키는 단계;를 더 포함하는 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.A method for producing a silicon-polymer composite further comprising forming a carbon thin film on the surface of the polymer thin film. 제9항에 있어서,According to clause 9, 상기 탄소 박막은 두께가 1 nm 내지 1 ㎛인 실리콘-고분자 복합체의 제조방법.The carbon thin film is a method of producing a silicon-polymer composite having a thickness of 1 nm to 1 ㎛. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 실리콘-고분자 복합체의 제조방법으로 제조된 실리콘-고분자 복합체.A silicone-polymer composite manufactured by the method for producing a silicone-polymer composite according to any one of claims 1 to 10. 제11항에 따른 실리콘-고분자 복합체; 및Silicone-polymer composite according to claim 11; and 탄소계 음극 재료;를 포함하는 음극 활물질.A negative electrode active material containing a carbon-based negative electrode material. 제11항에 따른 실리콘-고분자 복합체를 포함하는 SEI(Solid Electrolyte Interphase)막;을 포함하는 전고체 전지.An all-solid-state battery comprising a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film comprising the silicon-polymer composite according to claim 11.
PCT/KR2023/021865 2022-12-29 2023-12-28 Silicon-polymer composite, preparation method therefor, and anode active material comprising same Ceased WO2024144309A1 (en)

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