일반기술

유동상 화학증착기술로 표면처리된 탄소,그 제조방법 및이를 이용한 탄소전극 및리튬이차전지

본 발명은 표면 개질된 리튬이차전지용 탄소계 음극, 그 제조방법 및 리튬이차전지에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 흑연, 코크스 및 하드 카본 등과 같은 탄소 입자의 표면에 금속 또는 금속 산화물을 코팅시켜 전도성, 고율 충방전 특성,전극 용량 및 싸이클 특성이 개선된 리튬이차전지용 음극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.탄소 입자의 표면상에 금속 또는 금속산화물층이 코팅된 탄소물질을 음극 활물질로 사용함에 의해 의해, 전도성 및 고율충방전 특성이 우수하고, 이론용량에 가까운 전극용량을 나타내며 싸이클수명 특성이 향상되었다. 그리고, 초기의 전지충전시(탄소음극으로 리튬이온이 삽입될 때) 탄소 표면에 형성된 금속 산화물 층에 의하여 유기용매 전해질에서 기존에순수 탄소표면에 형성되는 피막과는 조성이 다른 안정한 피막을 형성하게 하여 전극구조 내로의 리튬이온의 삽입만 일어나고 용매의 삽입은 억제하며 첫 싸이클 이후 더 이상의 유기용매 분해반응을 일어나지 않게 함으로써 싸이클 특성이 우수하게 되고, 또한 금속산화물은 기존과는 다른 조성의 피막형성에 관여하면서 피막의 형성이후, 금속 산화물은 금속상태로 존재하게 되어 탄소에 리튬이 삽입되면서 일어나는 탄소 격자 상수의 큰 변화로 인한 전극 전도성의 저하를 막아주어전극의 전도성을 향상시키고, 아울러 기존의 피막이 형성되는 탄소의 표면을 적게 해주므로 전극 활물질의 용량이 이론용량에 보다 근접하게 되며 고율 충방전 특성이 향상된다.특히 여러 가지 우수한 특성에도 불구하고 전극의 싸이클 특성의 저하 및 초기 비가역 용량의 증가 등으로 그 사용이 어려웠던 PC에 기초한 전해질에서도 안정하여 전극용량 및 싸이클 특성이 우수하였다. 따라서 그간에 문제점 중의 하나였던전해질의 선택 폭을 넓일 수 있게 된다. 전극의 전도성이 향상되고 용매의 삽입을 억제하므로 싸이클특성 및 전극용량의증가가 있던 것에 더하여 전극의 성형성이 우수하였으며 전류 집전체와의 결합력이 우수하였고 또한 전극 활물질간의 결합력이 우수하였다. 이들 결합력의 증가로 국부적인 전극내부 저항이 감소되어 결과적으로 전도성이 향상되고, 또한 탄소활물질이 전자전도통로에서 이탈되는 것을 억제하여 지속적으로 일어나는 전극용량 감소를 줄여 전극특성을 향상시켰다.본 발명은 고성능 이차전지의 제조방법을 제공할 수 있으므로, 각종 소형 전자기기, 통신기기 및 전기자동차의 전원용등다양한 산업분야에 응용할 수 있고, 각종 기기의 국산화 수입대체 및 수출증대 효과를 가질 수 있다. 탄소 입자의 표면상에 금속 또는 금속산화물층이 코팅된 탄소물질을 음극 활물질로 사용함에 의해 의해, 전도성 및 고율충방전 특성이 우수하고, 이론용량에 가까운 전극용량을 나타내며 싸이클수명 특성이 향상되었다. 그리고, 초기의 전지충전시(탄소음극으로 리튬이온이 삽입될 때) 탄소 표면에 형성된 금속 산화물 층에 의하여 유기용매 전해질에서 기존에순수 탄소표면에 형성되는 피막과는 조성이 다른 안정한 피막을 형성하게 하여 전극구조 내로의 리튬이온의 삽입만 일어나고 용매의 삽입은 억제하며 첫 싸이클 이후 더 이상의 유기용매 분해반응을 일어나지 않게 함으로써 싸이클 특성이 우수하게 되고, 또한 금속산화물은 기존과는 다른 조성의 피막형성에 관여하면서 피막의 형성이후, 금속 산화물은 금속상태로 존재하게 되어 탄소에 리튬이 삽입되면서 일어나는 탄소 격자 상수의 큰 변화로 인한 전극 전도성의 저하를 막아주어전극의 전도성을 향상시키고, 아울러 기존의 피막이 형성되는 탄소의 표면을 적게 해주므로 전극 활물질의 용량이 이론용량에 보다 근접하게 되며 고율 충방전 특성이 향상된다.특히 여러 가지 우수한 특성에도 불구하고 전극의 싸이클 특성의 저하 및 초기 비가역 용량의 증가 등으로 그 사용이 어려웠던 PC에 기초한 전해질에서도 안정하여 전극용량 및 싸이클 특성이 우수하였다. 따라서 그간에 문제점 중의 하나였던전해질의 선택 폭을 넓일 수 있게 된다. 전극의 전도성이 향상되고 용매의 삽입을 억제하므로 싸이클특성 및 전극용량의증가가 있던 것에 더하여 전극의 성형성이 우수하였으며 전류 집전체와의 결합력이 우수하였고 또한 전극 활물질간의 결합력이 우수하였다. 이들 결합력의 증가로 국부적인 전극내부 저항이 감소되어 결과적으로 전도성이 향상되고, 또한 탄소활물질이 전자전도통로에서 이탈되는 것을 억제하여 지속적으로 일어나는 전극용량 감소를 줄여 전극특성을 향상시켰다.본 발명은 고성능 이차전지의 제조방법을 제공할 수 있으므로, 각종 소형 전자기기, 통신기기 및 전기자동차의 전원용등다양한 산업분야에 응용할 수 있고, 각종 기기의 국산화 수입대체 및 수출증대 효과를 가질 수 있다.