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코어 및 쉘층 사이에 빈 공간(void)을 포함하는 요크-쉘(yolk-shell) 구조의 리튬 이차전지용 음극 활물질로서, 상기 코어는 표면에 실리콘 산화물 코팅층을 가지는 실리콘 나노입자를 포함하고, 상기 쉘층은 제1 실리콘 산화물층, 실리콘층 및 제2 실리콘 산화물층을 포함하는 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 요크-쉘 구조의 리튬 이차전지용 음극 활물질
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제1항에 있어서, 상기 코어는 표면에 실리콘 산화물 코팅층을 가지는 단일 실리콘 나노입자로 이루어지거나, 표면에 실리콘 산화물 코팅층을 가지는 실리콘 나노입자 응집체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질
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제1항에 있어서, 상기 실리콘 산화물 코팅층, 제1 실리콘 산화물층 및 제2 실리콘 산화물층은 SiOx (0003c#x≤2)로 표시되는 실리콘 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질
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제1항에 있어서, 상기 실리콘 산화물 코팅층, 제1 실리콘 산화물층 및 제2 실리콘 산화물층은 이산화규소(SiO2)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 활물질
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제1항에 있어서, 상기 실리콘 나노입자의 입경은 5 ∼ 5000 nm이고, 상기 실리콘 산화물 코팅층의 두께는 2 ~ 10 nm이며, 상기 빈 공간의 두께는 5 ~ 3000 nm이며, 상기 제1 실리콘 산화물층의 두께는 2 ~ 10 nm이고, 상기 실리콘층의 두께는 5 ~ 30 nm이고, 제2 실리콘 산화물층의 두께는 2 ~ 10 nm인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질
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(a) 실리콘 나노입자 표면에 탄소 코팅층을 형성하는 단계; (b) 상기 탄소 코팅층 상에 실리콘 코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 탄소 코팅층 및 실리콘 코팅층을 포함하는 실리콘 나노입자를 산화 분위기에서 열처리하여 탄소 코팅층을 제거하고 실리콘 나노입자 표면 및 실리콘 코팅층 상면 및 하면을 산화시키는 단계;를 포함하는, 제1항의 요크-쉘 구조의 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법
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제6항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 탄소 전구체로부터 화학기상증착법(CVD)을 통해 탄소 코팅층을 형성하고, 상기 단계 (b)에서 실리콘 전구체로부터 화학기상증착법(CVD)을 통해 실리콘 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법
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제7항에 있어서, 상기 탄소 전구체는 메탄(methane), 에탄(ethane), 프로판(propane), 에틸렌(ethylene), 아세틸렌 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법
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제7항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 실레인(silane), 다이클로로실레인(dichlorosilane), 실리콘 테트라플루오라이드(silicon Tetrafluoride), 실리콘 테트라틀로라이드(silicon tetrachloride), 메틸실레인(methylsilane), 다이실레인(disilane) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법
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10
제7항에 있어서, 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b)를 동일한 화학기상증착법(CVD) 반응기 내에서 연속으로 실시하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법
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제6항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 공기 분위기에서 700 ~ 850 ℃의 온도 범위에서 1 ~ 3 시간 동안 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법
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제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 리튬 이차전지용 음극 활물질을 포함하는 음극을 구비하는 이차전지
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