층상형 Ge, 이의 제조 방법, 이로부터 박리된 Ge 나노시트 및 이를 포함하는 리튬이온전지용 전극

CaGe2 전구체 Ca 선택 제거로 얻은 2차원 층상 Ge 나노시트 리튬이온전지 음극

본 기술은 CaGe2 전구체의 층상 구조를 활용하여 칼슘(Ca) 이온을 선택적으로 제거함으로써 박리성이 우수하고 표면적이 넓은 2차원 층상형 Ge 및 Ge 나노시트를 제조하는 기술입니다.

기존 3차원 벌크형 Ge는 리튬 삽입과 탈리 과정에서 300~400%에 이르는 급격한 부피 팽창이 일어나는 문제가 있었습니다. 그 결과 전극의 구조적 안정성이 저하되고 이온 저장 용량이 빠르게 감소했습니다.

본 기술은 공간군 Rm-3m의 CaGe2를 전구체로 삼아 SnCl2 등의 염과 용매로 Ca 이온만 선택적으로 빼내어 2차원 층상 Ge 또는 Ge 나노시트를 형성하도록 구성됩니다. 고용량 리튬이온전지 음극, 고속 충전형 소형 전지, 2차원 반도체 소재 연구 등에 적용될 수 있어 Ge의 높은 이론 용량을 살리면서 부피 팽창에 의한 전극 붕괴를 완화할 수 있습니다.

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Key Features:

• Ca 분말 및 Ge 분말 혼합물을 열처리한 후 소정의 감온 속도로 냉각하여 Rm-3m 삼방정계 CaGe2 층상형 화합물을 제조하는 단계
• Ca 이온을 선택 제거하는 MXa 염과 용매를 포함하는 혼합용액으로 층상형 화합물을 처리하여 층상형 Ge를 제조하는 단계
• 열처리 후 급냉하여 CaGe2 제1층과 Fd-3m 결정구조 Ge 제2층이 교번 적층된 라멜라 구조의 층상형 화합물
• 비정질 또는 Rm-3m 삼방정계 결정구조 Ge 나노시트와 Fd-3m 결정구조 Ge 나노시트를 함께 포함하는 Ge 나노시트

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본 발명은 과학기술정보통신부의 결정구조 차원 계층 설계를 통한 벌크소재의 2차원 소재화 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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