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리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 리튬 이차 전지

  • 기술번호 : KST2015203177
  • 담당센터 : 부산기술혁신센터
  • 전화번호 : 051-606-6561
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 탄소계 소재를 산 처리하여 상기 탄소계 소재 표면을 산화시키는 단계; 산화된 탄소계 소재 표면을 실리카로 코팅시켜 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계; 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재에서 탄소계 소재만을 제거하여 실리카 나노튜브를 얻는 단계; 실리카 나노튜브를 환원시켜 실리콘 나노튜브를 얻는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질 제조방법, 상기 제조방법에 따른 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
Int. CL H01M 4/587 (2010.01) H01M 10/052 (2010.01) H01M 4/583 (2010.01)
CPC
출원번호/일자 1020130071115 (2013.06.20)
출원인 울산과학기술원 산학협력단, 덕산하이메탈(주)
등록번호/일자 10-1530963-0000 (2015.06.17)
공개번호/일자 10-2015-0000032 (2015.01.02) 문서열기
공고번호/일자 (20150625) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2013.06.20)
심사청구항수 38

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 울산과학기술원 산학협력단 대한민국 울산광역시 울주군
2 덕산하이메탈(주) 대한민국 울산광역시 북구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 박수진 대한민국 울산 남구
2 최남순 대한민국 부산 북구
3 최신호 대한민국 부산 부산진구
4 추용철 대한민국 울산 중구
5 전상호 대한민국 울산 남구
6 이정찬 대한민국 울산 북구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 유미특허법인 대한민국 서울특별시 강남구 테헤란로 ***, 서림빌딩 **층 (역삼동)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 덕산하이메탈(주) 대한민국 울산광역시 북구
2 울산과학기술원 울산광역시 울주군
번호, 서류명, 접수/발송일자, 처리상태, 접수/발송일자의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 행정처리 표입니다.
번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2013.06.20 수리 (Accepted) 1-1-2013-0551992-76
2 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.08.27 수리 (Accepted) 4-1-2014-0083376-43
3 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2014.10.30 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2014-0745652-99
4 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2014.12.22 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2014-1246186-85
5 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2014.12.22 수리 (Accepted) 1-1-2014-1246185-39
6 등록결정서
Decision to grant		 2015.04.01 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2015-0218842-85
7 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2015.12.31 수리 (Accepted) 4-1-2015-5176347-51
8 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.01.09 수리 (Accepted) 4-1-2020-5006867-56
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
탄소계 소재를 산 처리하여 상기 탄소계 소재 표면을 산화시키는 단계;산화된 탄소계 소재 표면을 실리카로 코팅시켜 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계;실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재에서 탄소계 소재만을 제거하여 실리카 나노튜브를 얻는 단계; 및실리카 나노튜브를 환원시켜 실리콘 나노튜브를 얻는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
2 2
제1항에 있어서,상기 탄소계 소재는 흑연, 소프트카본, 하드카본, 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
3 3
제1항에 있어서,상기 탄소계 소재의 직경은 10 nm 내지 1 ㎛인 음극 활물질 제조방법
4 4
제1항에 있어서,상기 탄소계 소재를 산 처리하여 상기 탄소계 소재 표면을 산화시키는 단계;는,상기 탄소계 소재를 용매 및 산을 포함하는 용액에 함침시키는 방법을 이용하며, 상기 용매는 알코올, 물, DMF, NMP, THF, 아세톤 또는 이들의 조합이며, 상기 산은 질산, 황산, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
5 5
제1항에 있어서,상기 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계는 실리카 전구체 및 촉매를 상기 탄소계 소재와 반응시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
6 6
제5항에 있어서,상기 실리카 전구체는 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라클로로실란, 테트라히드록시실란, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
7 7
제5항에 있어서,상기 촉매는 수산화암모늄인 음극 활물질 제조방법
8 8
제1항에 있어서,상기 실리카 코팅층은 비정질 실리카 코팅층이며, 10 nm 내지 500 nm의 두께를 가지는 음극 활물질 제조방법
9 9
제1항에 있어서,상기 실리카 코팅층은 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재의 100 중량부에 대해 50 내지 95 중량부로 포함되는 음극 활물질 제조방법
10 10
제1항에 있어서,상기 탄소계 소재만을 제거하여 실리카 나노튜브를 얻는 단계는 상기 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 500℃ 내지 700℃에서 30분 내지 90분 동안 하소시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
11 11
제1항에 있어서,상기 실리카 나노튜브를 환원시켜 실리콘 나노튜브를 얻는 단계는 금속 환원제를 이용하여 실리카를 실리콘으로 환원시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
12 12
제11항에 있어서,상기 금속 환원제는 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 리튬, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
13 13
제11항에 있어서,상기 금속 환원제는 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 리튬, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
14 14
제13항에 있어서,상기 실리콘 나노튜브 표면에 탄소를 코팅시키는 단계는,탄소를 포함하는 가스를 열분해시켜 상기 실리콘 나노튜브 상에 탄소를 코팅시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
15 15
제14항에 있어서,상기 탄소를 포함하는 가스는 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스, 부탄가스, 에틸렌가스, 아세틸렌가스, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
16 16
제14항에 있어서,상기 탄소를 포함하는 가스를 열분해시켜 상기 실리콘 나노튜브 상에 탄소를 코팅시키는 단계;에서, 상기 열분해 온도는 600℃ 내지 900℃이고, 열분해 시간은 5분 내지 15분인 음극 활물질 제조방법
17 17
탄소계 소재를 산 처리하여 상기 탄소계 소재 표면을 산화시키는 단계;산화된 탄소계 소재 표면을 티타니아로 코팅시켜 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계;티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 실리카로 코팅시켜 상기 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계;티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재에서 탄소계 소재만을 제거하여 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 실리카 나노튜브를 얻는 단계; 및티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 실리카 나노튜브를 환원시켜 티타늄을 포함하는 실리콘 나노튜브를 얻는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
18 18
제17항에 있어서,상기 탄소계 소재는 흑연, 소프트카본, 하드카본, 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
19 19
제17항에 있어서,상기 산화된 탄소계 소재의 직경은 10 nm 내지 1 ㎛인 음극 활물질 제조방법
20 20
제17항에 있어서,상기 탄소계 소재를 산 처리하여 상기 탄소계 소재 표면을 산화시키는 단계;는,상기 탄소계 소재를 용매 및 산을 포함하는 용액에 함침시키는 방법을 이용하며, 상기 용매는 알코올, 물, DMF, NMP, THF, 아세톤 또는 이들의 조합이며, 상기 산은 질산, 황산, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
21 21
제17항에 있어서,상기 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계는 티타니아 전구체 및 촉매를 상기 탄소계 소재와 반응시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
22 22
제21항에 있어서,상기 티타니아 전구체는 티타늄부톡사이드(Titanium(lV) butoxide), 티타늄옥사이드(Titanium(4) oxide), 티타늄플루오라이드(Titanium(IV) fluoride), 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
23 23
제21항에 있어서,상기 촉매는 H2O, 아세트산, 수산화암모늄(NH4OH), 염산(HCl), 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
24 24
제17항에 있어서,상기 티타니아 코팅층은 비정질 티타니아 코팅층이며, 1 nm 내지 10 nm의 두께를 가지는 음극 활물질 제조방법
25 25
제17항에 있어서,상기 티타니아 코팅층은 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재 100 중량부에 대해 3 내지 5 중량부로 포함되는 음극 활물질 제조방법
26 26
제17항에 있어서,상기 산화된 탄소계 소재 표면을 티타니아로 코팅시켜 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계; 및상기 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 실리카로 코팅시켜 상기 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계; 사이에상기 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 아르곤 분위기 하에서 하소시키는 단계를 더 포함하는 음극 활물질 제조방법
27 27
제26항에 있어서,상기 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 아르곤 분위기 하에서 하소시키는 단계에서, 하소온도는 500℃ 내지 700℃이고, 하소시간은 30분 내지 90분인 음극 활물질 제조방법
28 28
제17항에 있어서,상기 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 실리카로 코팅시켜 상기 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계;에서,상기 실리카 코팅층은 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재의 100 중량부에 대해 50 내지 90 중량부로 포함되는 음극 활물질 제조방법
29 29
제17항에 있어서,상기 티타니아 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 실리카로 코팅시켜 상기 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 얻는 단계;에서,상기 실리카 코팅층의 두께는 50 nm 내지 500 nm인 음극 활물질 제조방법
30 30
제17항에 있어서,상기 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재에서 탄소계 소재만을 제거하여 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 실리카 나노튜브를 얻는 단계는,상기 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 탄소계 소재를 500℃ 내지 700℃에서 30분 내지 90분 동안 하소시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
31 31
제17항에 있어서,상기 티타니아 코팅층 상에 실리카 코팅층을 포함하는 실리카 나노튜브를 환원시켜 티타늄을 포함하는 실리콘 나노튜브를 얻는 단계는, 금속 환원제를 이용하여 티타니아 및 실리카를 각각 티타늄 및 실리콘으로 환원시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
32 32
제31항에 있어서,상기 금속 환원제는 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 리튬, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
33 33
제17항에 있어서,상기 티타늄을 포함하는 실리콘 나노튜브 표면에 탄소를 코팅시키는 단계;를 더 포함하는 음극 활물질 제조방법
34 34
제33항에 있어서,상기 티타늄을 포함하는 실리콘 나노튜브 표면에 탄소를 코팅시키는 단계는,탄소를 포함하는 가스를 열분해시켜 상기 실리콘 나노튜브 상에 탄소를 코팅시키는 단계를 포함하는 음극 활물질 제조방법
35 35
제34항에 있어서,상기 탄소를 포함하는 가스는 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스, 부탄가스, 에틸렌가스, 아세틸렌가스, 또는 이들의 조합인 음극 활물질 제조방법
36 36
제34항에 있어서,상기 탄소를 포함하는 가스를 열분해시켜 상기 실리콘 나노튜브 상에 탄소를 코팅시키는 단계;에서, 상기 열분해 온도는 600℃ 내지 900℃이고, 열분해 시간은 5분 내지 15분인 음극 활물질 제조방법
37 37
제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 제조된 음극 활물질
38 38
양극 활물질을 포함하는 양극;제37항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극; 및전해질; 을 포함하는 전기 화학 소자
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