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미세기공을 포함하는 고전도성 탄소와 금속 초박막이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자, 이를 포함하는 고용량 이차전지용 음극활물질 및 그 제조방법(Conducting Single Crystal Silicon Particles Coated by Highly Conductive Carbon Containing Nanopores and Ultrathin Metal Film, High Capacity Lithium Anode Materials including the same, and Manufacturing Method thereof)
- 기술번호 : KST2017000663
- 담당센터 : 대전기술혁신센터
- 전화번호 : 042-610-2279
| 요약 | 미세기공을 포함하는 고전도성 탄소와 금속 초박막이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자, 이를 포함하는 고용량 이차전지용 음극활물질 및 그 제조방법 이 제시된다. 3(III)족 및 5(V)족 원소 중 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 전도성 단결정 실리콘 입자; 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면에 코팅된 금속 박층; 및 상기 금속 박층에 적층되어 코팅된 고전도성의 탄소 코팅층을 포함하고, 상기 전도성 단결정 실리콘 입자와 상기 탄소 코팅층의 사이에 미세기공이 형성될 수 있다. |
|---|---|
| Int. CL | |
| CPC | H01M 4/366(2013.01) H01M 4/366(2013.01) H01M 4/366(2013.01) H01M 4/366(2013.01) H01M 4/366(2013.01) H01M 4/366(2013.01) H01M 4/366(2013.01) |
| 출원번호/일자 | 1020150096681 (2015.07.07) |
| 출원인 | 한국과학기술원 |
| 등록번호/일자 | |
| 공개번호/일자 | 10-2017-0006164 (2017.01.17) 문서열기 |
| 공고번호/일자 | 문서열기 |
| 국제출원번호/일자 | |
| 국제공개번호/일자 | |
| 우선권정보 | |
| 법적상태 | 등록 |
| 심사진행상태 | 수리 |
| 심판사항 | |
| 구분 | 신규 |
| 원출원번호/일자 | |
| 관련 출원번호 | 1020160069291; |
| 심사청구여부/일자 | Y (2015.07.07) |
| 심사청구항수 | 22 |
출원인
| 번호 | 이름 | 국적 | 주소 |
|---|---|---|---|
| 1 | 한국과학기술원 | 대한민국 | 대전광역시 유성구 |
발명자
| 번호 | 이름 | 국적 | 주소 |
|---|---|---|---|
| 1 | 김일두 | 대한민국 | 대전광역시 유성구 |
| 2 | 김찬훈 | 대한민국 | 대전광역시 유성구 |
대리인
| 번호 | 이름 | 국적 | 주소 |
|---|---|---|---|
| 1 | 양성보 | 대한민국 | 서울특별시 강남구 선릉로***길 ** (논현동) 삼성빌딩 *층(피앤티특허법률사무소) |
최종권리자
| 번호 | 이름 | 국적 | 주소 |
|---|---|---|---|
| 1 | 한국과학기술원 | 대한민국 | 대전광역시 유성구 |
| 번호 | 서류명 | 접수/발송일자 | 처리상태 | 접수/발송번호 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | [특허출원]특허출원서 [Patent Application] Patent Application |
2015.07.07 | 수리 (Accepted) | 1-1-2015-0658460-09 |
| 2 | [분할출원]특허출원서 [Divisional Application] Patent Application |
2016.06.03 | 수리 (Accepted) | 1-1-2016-0537175-76 |
| 3 | 의견제출통지서 Notification of reason for refusal |
2016.07.28 | 발송처리완료 (Completion of Transmission) | 9-5-2016-0547079-16 |
| 4 | [명세서등 보정]보정서 [Amendment to Description, etc.] Amendment |
2016.09.28 | 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) | 1-1-2016-0942869-32 |
| 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) |
2016.09.28 | 수리 (Accepted) | 1-1-2016-0942868-97 |
| 6 | 의견제출통지서 Notification of reason for refusal |
2017.02.20 | 발송처리완료 (Completion of Transmission) | 9-5-2017-0129899-80 |
| 7 | [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서 [Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation) |
2017.04.18 | 수리 (Accepted) | 1-1-2017-0378165-13 |
| 8 | [명세서등 보정]보정서 [Amendment to Description, etc.] Amendment |
2017.04.18 | 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) | 1-1-2017-0378166-69 |
| 9 | 등록결정서 Decision to grant |
2017.07.27 | 발송처리완료 (Completion of Transmission) | 9-5-2017-0524522-04 |
| 10 | 출원인정보변경(경정)신고서 Notification of change of applicant's information |
2019.04.24 | 수리 (Accepted) | 4-1-2019-5081392-49 |
| 11 | 출원인정보변경(경정)신고서 Notification of change of applicant's information |
2020.05.15 | 수리 (Accepted) | 4-1-2020-5108396-12 |
| 12 | 출원인정보변경(경정)신고서 Notification of change of applicant's information |
2020.06.12 | 수리 (Accepted) | 4-1-2020-5131486-63 |
| 번호 | 청구항 |
|---|---|
| 1 |
1 3(III)족 및 5(V)족 원소 중 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 전도성 단결정 실리콘 입자; 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면에 코팅된 금속 박층; 및 상기 금속 박층에 적층되어 코팅된 고전도성의 탄소 코팅층을 포함하고, 상기 전도성 단결정 실리콘 입자와 상기 탄소 코팅층의 사이에 미세기공이 형성되고,상기 전도성 단결정 실리콘 입자는, 태양전지용 실리콘 기판의 제조공정 중에 발생하는 부산물인 3(III)족 및 5(V)족 원소 중 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 폐실리콘(silicon kerf)으로부터 얻어지고, 상기 전도성 단결정 실리콘 잉곳(Ingot)을 분쇄하거나 슬라이싱(Slicing)하는 절삭용 다이아몬드 블레이드(Diamond Sawing Blade)와 상기 전도성 단결정 실리콘 잉곳의 마찰 또는 마모에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 2 |
2 삭제 |
| 3 |
3 삭제 |
| 4 |
4 제1항에 있어서,상기 전도성 단결정 실리콘 입자는, 상기 태양전지용 실리콘 기판의 제조공정 중에 발생하는 부산물인 3(III)족 및 5(V)족 원소 중 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 폐실리콘으로부터 전량 얻어지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 5 |
5 제1항에 있어서, 상기 전도성 단결정 실리콘 입자가 포함하는 불순물은 3(III)족의 경우 B, Al, Ga, Tl 중 적어도 하나 이상 선택되거나, 5(V)족의 경우 N, P, As, Sb, Bi 중 적어도 하나 이상 선택된 원소를 1013 내지 1019 atom cm-3의 범위에서 도핑되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 6 |
6 제1항에 있어서,상기 금속 박층은, 절삭용 다이아몬드 블레이드를 구성하는 금속성분과 실리콘의 마찰 또는 마모 과정을 거쳐 형성되어 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 7 |
7 제1항에 있어서,상기 금속 박층은, Mo, Ni, Al, Mg, Ti, W, Fe, Cr, Cu 중 적어도 하나이거나, 실리콘과 합금화된 MoSi, Ni2Si, NiSi, NiSi2, AlSi2, Mg2Si, TiSi2, WSi2, FeSi2, CrSi2, CuSi 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 8 |
8 제1항에 있어서,상기 금속 박층의 두께는 0 |
| 9 |
9 제 1항에 있어서,상기 금속 박층이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자는 10 nm 내지 2 μm의 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 10 |
10 제1항에 있어서,상기 탄소 코팅층은, 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(denka black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 슈퍼-p(Super-p), 플러렌(Fullerene), 단일벽 탄소나노튜브(single-wall carbon nanotube, SWNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT), 탄소나노섬유(carbon nanofiber), 그래핀, 산화그래핀(graphene oxide), 환원 처리된 산화그래핀(reduced graphene oxide), 도핑된 그래핀(doped graphene), 탄소나노리본(carbon nanoribbon), 천연흑연, 인조흑연 중 적어도 하나 이상 선택된 탄소계 물질을 상기 전도성 단결정 실리콘 입자와 혼합 또는 볼밀링(Ball-milling) 하는 과정에서 도핑된 단결정 실리콘 입자의 표면에 코팅되어, 103 S cm-1 이상의 전기 전도성을 띠는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 11 |
11 제1항에 있어서,상기 탄소 코팅층의 두께는 0 |
| 12 |
12 제1항에 있어서,상기 전도성 단결정 실리콘 입자와 상기 탄소 코팅층의 사이에 형성되는 상기 미세기공은, 상기 탄소 코팅층의 형성 후 불산 에칭 과정에서 실리콘 입자 표면에 잔류하는 실리카(SiO2)가 제거되어 형성되고, 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 0 |
| 13 |
13 제1항에 있어서,상기 탄소 코팅층은 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면을 균일하게 감싸거나, 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면의 적어도 일부를 불균일하게 감싸는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 14 |
14 제1항에 있어서,상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자는 10 |
| 15 |
15 제1항에 있어서, 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자는 바인더 및 도전재와 혼합되어, 전류 집전체 위에 슬러리 캐스팅(Slurry casting) 되어 이차전지용 음극이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 16 |
16 제1항에 있어서, 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자는 그래파이트(Graphite), 바인더 및 도전재와 혼합되고, 전류 집전체 위에 슬러리 캐스팅(Slurry casting) 되어 이차전지용 음극이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 |
| 17 |
17 제1항, 또는 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항의 이차전지용 음극활물질에 바인더 및 도전재를 더 포함하여 형성되는 이차전지용 음극 |
| 18 |
18 제17항에 있어서, 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자는 상기 바인더 및 도전재와 혼합되어, 전류 집전체 위에 슬러리 캐스팅(Slurry casting) 되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 |
| 19 |
19 제17항에 있어서, 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자는 그래파이트(Graphite), 상기 바인더 및 도전재와 혼합되고, 전류 집전체 위에 슬러리 캐스팅(Slurry casting) 되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 |
| 20 |
20 이차전지용 음극활물질 제조방법에 있어서, 3(III)족 및 5(V)족 원소 중 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 전도성 단결정 실리콘 잉곳(Ingot)을 제조하는 단계; 상기 전도성 단결정 실리콘 잉곳을 금속 절삭 공구 또는 금속 매트릭스(matrix) 소재를 포함하는 절삭용 다이아몬드 블레이드(Diamond Sawing Blade)를 이용하여 절삭하여, 상기 금속 절삭 공구 또는 금속 매트릭스와 상기 전도성 단결정 실리콘 잉곳 사이의 기계적인 마찰 또는 마모를 통해, 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면에 금속 박층을 형성하는 단계; 상기 금속 박층이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자를 탄소계 물질과 함께 볼밀링(Ball-milling) 하여, 상기 금속 박층이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면에 탄소 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자를 산 처리 에칭(Acid etching)하여 상기 탄소 코팅층 안쪽에 존재하는 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면의 실리콘 산화물을 제거하고 상기 전도성 단결정 실리콘 입자와 탄소 코팅층 사이에 미세기공을 형성하는 단계를 포함하는 이차전지용 음극활물질 제조방법 |
| 21 |
21 제20항에 있어서,상기 금속 박층이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면에 탄소 코팅층을 형성하기 이전에, 상기 금속 박층이 코팅된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자를 볼밀링(Ball-milling)을 통해 균일한 입도를 가지도록 1차 볼밀링(Ball-milling)분쇄하는 단계를 더 포함하고, 상기 금속 박층이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자를 탄소계 물질과 함께 2차 볼밀링(Ball-milling) 하여, 상기 금속 박층이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면에 탄소 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 제조방법 |
| 22 |
22 제21항에 있어서, 상기 2차 볼밀링 시, 첨가하는 탄소계 물질은 상기 금속 박층이 코팅된 전도성 단결정 실리콘 입자 대비 0 |
| 23 |
23 제20항에 있어서,상기 미세기공을 포함하는 상기 탄소 코팅층은, 상기 전도성 단결정 실리콘 입자의 표면 전기전도도를 증가시켜 이차전지의 고율 특성을 높이고, 실리콘의 충방전 시 발생하는 부피 팽창을 억제하는 버퍼층(buffer layer) 및 음극활물질 표면에 안정한 고체 전해질 계면을(Solid electrolyte interface layer, SEI layer) 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질 제조방법 |
| 24 |
24 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항의 이차전지용 음극활물질 제조방법에, 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자를 산 처리 에칭 후, 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자를 바인더 및 도전재와 혼합하고, 전류 집전체 위에 슬러리 캐스팅(Slurry casting) 하거나, 상기 금속 박층과 상기 탄소 코팅층이 순차적으로 적층된 상기 전도성 단결정 실리콘 입자를 그래파이트(Graphite), 상기 바인더 및 도전재와 혼합하고, 전류 집전체 위에 슬러리 캐스팅(Slurry casting) 하여 이차전지용 음극을 형성하는 단계를 더 포함하는 이차전지용 음극 제조방법 |
| 지정국 정보가 없습니다 |
|---|
| 순번 | 패밀리번호 | 국가코드 | 국가명 | 종류 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | KR1020170006252 | KR | 대한민국 | FAMILY |
| 2 | US10164253 | US | 미국 | FAMILY |
| 3 | US20170162868 | US | 미국 | FAMILY |
| 4 | WO2017007091 | WO | 세계지적재산권기구(WIPO) | FAMILY |
DOCDB 패밀리 정보
| 순번 | 패밀리번호 | 국가코드 | 국가명 | 종류 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | US10164253 | US | 미국 | DOCDBFAMILY |
| 2 | US2017162868 | US | 미국 | DOCDBFAMILY |
| 3 | WO2017007091 | WO | 세계지적재산권기구(WIPO) | DOCDBFAMILY |
| 국가 R&D 정보가 없습니다. |
|---|
| 등록사항 정보가 없습니다 |
|---|
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| 번호 | 서류명 | 접수/발송일자 | 처리상태 | 접수/발송번호 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | [특허출원]특허출원서 | 2015.07.07 | 수리 (Accepted) | 1-1-2015-0658460-09 |
| 2 | [분할출원]특허출원서 | 2016.06.03 | 수리 (Accepted) | 1-1-2016-0537175-76 |
| 3 | 의견제출통지서 | 2016.07.28 | 발송처리완료 (Completion of Transmission) | 9-5-2016-0547079-16 |
| 4 | [명세서등 보정]보정서 | 2016.09.28 | 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) | 1-1-2016-0942869-32 |
| 5 | [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서 | 2016.09.28 | 수리 (Accepted) | 1-1-2016-0942868-97 |
| 6 | 의견제출통지서 | 2017.02.20 | 발송처리완료 (Completion of Transmission) | 9-5-2017-0129899-80 |
| 7 | [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서 | 2017.04.18 | 수리 (Accepted) | 1-1-2017-0378165-13 |
| 8 | [명세서등 보정]보정서 | 2017.04.18 | 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) | 1-1-2017-0378166-69 |
| 9 | 등록결정서 | 2017.07.27 | 발송처리완료 (Completion of Transmission) | 9-5-2017-0524522-04 |
| 10 | 출원인정보변경(경정)신고서 | 2019.04.24 | 수리 (Accepted) | 4-1-2019-5081392-49 |
| 11 | 출원인정보변경(경정)신고서 | 2020.05.15 | 수리 (Accepted) | 4-1-2020-5108396-12 |
| 12 | 출원인정보변경(경정)신고서 | 2020.06.12 | 수리 (Accepted) | 4-1-2020-5131486-63 |
| 기술정보가 없습니다 |
|---|
| 과제고유번호 | 1345244306 |
|---|---|
| 세부과제번호 | 21A20131912234 |
| 연구과제명 | 이머징 소재기반 창조융합형 인재양성사업단 |
| 성과구분 | 출원 |
| 부처명 | 교육부 |
| 연구관리전문기관명 | |
| 연구주관기관명 | |
| 성과제출연도 | 2015 |
| 연구기간 | 201309~202008 |
| 기여율 | 1 |
| 연구개발단계명 | 기초연구 |
| 6T분류명 | ST(우주항공기술) |
특허성과
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