고용량 및 장수명 특성을 갖는 흑린/탄소나노튜브 복합소재, 이의 제조방법 및 이를 포함한 전극

공기 노출 표면 개질로 P-O-C 결합을 유도한 흑린-탄소나노튜브 장수명 음극 복합체

본 기술은 흑린(BP) 표면을 대기 노출로 의도적으로 산화시켜 친수성으로 개질함으로써 탄소나노튜브(CNT)와 강한 P-O-C 화학 결합을 유도하는 복합체 제조 기술입니다. 또한 이성분 바인더와 탈수 가교 결합을 형성하여 전기화학적 안정성을 극대화합니다.

흑린은 이론 용량이 높지만 충방전 중 300~500%에 달하는 큰 부피 변화를 겪는 문제가 있었습니다. 이로 인해 전극이 분쇄(pulverization)되고 전기적 접촉이 끊기면서 용량이 급격히 감소했습니다.

본 기술은 1단계 밀링으로 결정성 흑린을 합성하고 20~60분간 대기에 노출해 표면을 친수성으로 바꾼 뒤, 2단계 밀링으로 탄소나노튜브와 화학 결합 및 가교 구조를 형성하도록 구성됩니다. NaCMC-PAA 이성분 바인더를 사용해 전극 성분 사이에 3차원 네트워크 가교도 구현합니다. 고에너지 리튬이온전지 음극, 나트륨이온전지 인계 음극, 장수명 전기차용 셀 등에 적용될 수 있어 별도 화학 처리 없이 공기 노출이라는 간단한 공정으로 계면 결합력을 확보할 수 있습니다.

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Key Features:

• 적린을 아르곤 불활성 가스 분위기에서 유성형 볼 밀로 밀링하여 결정성 흑린을 합성하는 단계
• 합성된 흑린 및 탄소나노튜브를 20 내지 60분 동안 공기 중에 노출시키면서 혼합하는 단계
• 공기 노출로 형성된 오산화인이 물과 반응해 생성된 인산으로 탄소나노튜브를 표면 기능화하는 흑린 표면층
• 공기 노출된 흑린 및 탄소나노튜브 혼합물을 밀링하여 강한 P-O-C 결합을 형성하는 단계

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