다공성 실리콘옥시카바이드 제조용 중간체, 이의 제조방법, 이로부터 제조된 다공성 실리콘옥시카바이드를 음극활물질로 포함하는 리튬 이차전지

POSS 케이지 가교 폴리실록산 중간체 열분해 기반 다공성 SiOC 음극재

본 기술은 3차원 그물형 네트워크 구조의 다공성 실리콘옥시카바이드(SiOC)를 만들기 위한 중간체로서, 선형 폴리실록산 주쇄 사이에 케이지(cage) 구조의 POSS 모이어티를 도입해 열분해 후 SiOC 매트릭스 안에 균일한 나노 공극이 형성되도록 하는 기술입니다.

기존 실리콘계 음극활물질은 리튬화 과정에서 300~400%에 이르는 부피 팽창이 일어나 입자가 물리적으로 파단되고 입자 간 접촉이 끊어졌습니다. 또한 SEI 층이 과도하게 형성되면서 전기화학적 성능이 퇴화하는 문제가 있었습니다.

본 기술은 선형 폴리실록산, 방향족 화합물, POSS 모이어티를 수소규소화 반응시켜 유기규소 결합으로 가교된 중간체를 합성한 뒤 열분해하여 다공성 SiOC 구조를 형성하며, POSS의 입체 장애가 탄소 클러스터 성장을 막고 매트릭스 내부에 다수의 공극을 만들어 이온 확산 경로를 확보하도록 구성됩니다. 고용량 실리콘계 음극을 요구하는 스마트폰·노트북 배터리와 장거리 전기차 셀에 적용될 수 있어 흑연 대비 높은 용량을 확보하면서도 팽창으로 인한 전극 들뜸을 완화할 수 있습니다.

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Key Features:

• 다공성 실리콘옥시카바이드 제조용 중간체에서 3차원 그물형 네트워크 구조를 이루는 선형 폴리실록산 주쇄
• 선형 폴리실록산 주쇄들 사이에 배치되며 중간체 100 중량부 대비 3 중량부 미만으로 함유되는 케이지 구조의 POSS 모이어티
• 폴리실록산 고분자 사이 및 폴리실록산과 POSS 사이를 아릴렌기를 매개로 연결하는 유기규소 결합
• 선형 폴리실록산, POSS 및 비닐기 또는 아세틸렌기가 둘 이상 치환된 방향족 화합물을 수소규소화 반응시키는 단계

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본 발명은 교육부의 생체모방 나노센서시스템 연구 지원을 통해 개발되었습니다.

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