본 기술은 실리콘 마이크로입자 외표면에 산화제와 첨가제로 기능화한 2차원 스캐폴드 형태의 산화 탄소계 나노 구조체를 고분자 바인더를 매개로 수소 결합시켜, 코어-쉘 구조의 음극 활물질을 형성하는 기술입니다.
실리콘 음극은 충·방전 중 심각한 부피 팽창이 일어나 입자가 파쇄되고 전기적으로 고립된 입자가 생기는 문제가 있었습니다. 여기에 불안정한 고체 전해질 피막(SEI)이 반복 형성되면서 용량이 급격히 감소하고 전극이 열화되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 CNT 등 탄소계 나노재료를 산화해 2차원 스캐폴드 형태로 기능화하고, 이를 CMC 등 고분자 바인더를 이용해 실리콘 마이크로입자 표면에 수소 결합 방식으로 균일하게 코팅함으로써 부피 팽창을 억제하고 SEI 형성을 최소화하도록 구성됩니다. 원심분리 기반의 간단한 습식 공정이어서 고용량 실리콘 음극재 양산 라인, 급속충전형 전기차 셀 및 스마트폰용 고밀도 배터리에 적용될 수 있어 값비싼 나노 실리콘 대신 마이크로 실리콘으로도 안정적인 수명을 확보할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 다중 헤테로 정션을 포함하는 반도체 싱글 나노입자 제조 및 고효율/고선택 광전기화학 Solar-to-X 소자 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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