이차전지용 음극소재의 제조방법

물유리 이온교환과 Mg·NaCl 스캐빈저 환원을 이용한 저비용 SiOx 음극소재

본 기술은 저렴한 물유리(알칼리 규산염)를 원료로 삼아 이온교환수지로 금속 이온을 수소 이온으로 치환하고, 스프레이 건조와 스캐빈저(NaCl)를 포함한 환원 공정을 거쳐 부피 팽창을 균일하게 제어할 수 있는 SiOx 음극 활물질을 제조하는 기술입니다.

실리콘계 음극은 충·방전 시 400% 이상의 큰 부피 변화를 겪어 수명이 빠르게 저하되는 문제가 있었습니다. SiOx 계열 음극 활물질 역시 제조 비용이 높고 초기 효율이 낮다는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 물유리의 알칼리 금속 이온을 수소 이온으로 교환한 뒤 스프레이 건조로 구형 분말을 만들고, 건조물·환원제(Mg)·스캐빈저(NaCl)를 1:0.7~1.3:0.5~1.5 중량비로 반응시켜 Mg2SiO4 같은 불순물 생성을 억제하도록 구성됩니다. 필요하면 도파민 전구체로 탄소 코팅층을 추가 형성합니다. 흑연 음극에 혼합하는 SiOx 첨가제, 보급형 전기차와 소형 전자기기용 고용량 음극 원료에 적용될 수 있어, 범용 화학원료인 규산나트륨으로 고가 SiO 증착 공정을 대체할 여지를 줍니다.

‍

‍

Key Features:

• 알칼리 금속 규산염인 mM2O·nSiO2·yH2O 화합물의 금속 M을 수소 이온으로 교환하는 단계
• 수용액 상태의 규산염 화합물에 양이온교환수지를 적용하여 이온 교환을 수행하는 단계
• 환원 전에 이온 교환된 화합물을 스프레이 건조 방법을 이용하여 건조하는 단계
• 건조물, 환원제 Mg, 스캐빈저 NaCl을 1:0.7~1.3:0.5~1.5 중량비로 사용하여 SiOx 화합물을 형성하는 환원 단계

‍

본 발명은 산업통상자원부의 주파수 조정용 리튬이차전지의 고율 특성 구현을 위한 양극/음극재의 제조 및 전극 제조 공정기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

‍