본 기술은 콜로이달 실리카나 박리한 점토 같은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 섞어 분말로 만든 뒤, 마그네슘 등 알칼리토 금속과 함께 열처리해 실리카와 산화그래핀을 동시에 환원시키는 실리콘 나노물질 제조 방법입니다. 그 결과 실리콘과 그래핀이 시트 형태로 혼성화된 복합체를 얻습니다.
실리콘은 리튬 이차전지의 고용량 음극재로 주목받았지만, 충방전 때 부피가 약 400%까지 팽창·수축하면서 입자 사이의 접촉이 끊어졌습니다. 그 결과 전기 전도성이 떨어지고 용량이 빠르게 감소하는 문제가 있었습니다.
본 기술은 산화그래핀이 들어간 콜로이드에 알칼리토 금속 양이온을 넣어 재적층하거나 동결 건조해 분말화하고, 불활성 또는 환원 분위기에서 300~1,000℃로 열처리하는 마그네시오써믹 반응으로 실리콘과 그래핀을 한 번에 만듭니다. 이후 산성 용액으로 에칭해 부산물을 제거하여 고순도 나노 실리콘을 얻으며, 그래핀이 부피 변화를 완충하고 전도 경로를 유지합니다. 전기차용 실리콘-흑연 혼합 음극, 고용량 모바일 기기 배터리, 실리콘 음극 첨가제 양산 공정에 적용될 수 있어 값싼 실리카 원료와 비교적 낮은 온도의 환원 공정으로 부피 팽창에 강한 실리콘-그래핀 음극재를 만들 수 있습니다.
WO2015-091968A1
