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자기조립된 전극활물질-카본나노튜브 혼성 복합체를 포함하는 전극 및 이를 이용한 이차전지, 및 그 제조방법

  • 기술번호 : KST2014049538
  • 담당센터 : 서울동부기술혁신센터
  • 전화번호 : 02-2155-3662
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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 전극 활물질 나노입자가 자기조립에 의하여 응집한 응집체와 탄소 나노튜브를 포함하는 전극 활물질 복합체와 이 복합체의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 전극 활물질 복합체는 탄소 나노튜브 중 적어도 일부가 서로 직접 접촉하고 있지 않은 두 개 이상의 응집체들 사이를 연결하면서 복수의 응집체와 복수의 탄소 나노튜브 가닥들이 서로 엉켜 있는 구조(entanglement)를 형성한 네트워크 형태이다. 이러한 전극 활물질 복합체는 탄소 나노튜브의 우수한 전기 전도 특성에 의해 자기조립된 전극 활물질과의 전자 전달이 빠르게 일어날 수 있다. 전술한 전극 활물질 복합체는 유기 바인더 없이 전극 활물질 나노입자 및/또는 탄소 나노튜브를 용매 속에 분산한 분산액을 준비하고, 전극 활물질 나노입자와 탄소 나노튜브를 전기분사를 통하여 집전체 상에 동시에 분사한 뒤, 이 집전체 위에 형성된 전극 활물질 복합체를 열처리함으로써 제조할 수 있다.
Int. CL H01M 4/04 (2006.01) H01M 4/583 (2010.01) B82B 3/00 (2006.01) H01M 4/36 (2006.01)
CPC
출원번호/일자 1020100105389 (2010.10.27)
출원인 한국과학기술연구원
등록번호/일자 10-1113976-0000 (2012.02.01)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20120313) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2010.10.27)
심사청구항수 32

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술연구원 대한민국 서울특별시 성북구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 김일두 대한민국 서울특별시 동작구
2 최진훈 대한민국 서울특별시 양천구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 리앤목특허법인 대한민국 서울 강남구 언주로 **길 **, *층, **층, **층, **층(도곡동, 대림아크로텔)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 주식회사 렘퍼스 경기도 용인시 기흥구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2010.10.27 수리 (Accepted) 1-1-2010-0697817-70
2 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2011.09.14 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
3 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2011.10.19 수리 (Accepted) 9-1-2011-0083992-50
4 등록결정서
Decision to grant		 2012.01.20 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2012-0046863-95
5 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.02.19 수리 (Accepted) 4-1-2014-5022002-69
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번호 청구항
1 1
전극 활물질 나노입자들이 자기조립된 복수의 나노입자 응집체; 및복수의 탄소 나노튜브를 포함하는 네트워크로서;상기 복수의 응집체와 복수의 탄소 나노튜브의 가닥들이 서로 엉킨 구조(entanglement)를 이루는 전극 활물질 복합체
2 2
제1항에 있어서, 상기 전극 활물질 복합체의 조성은전극 활물질 나노입자 100 중량부에 대하여탄소 나노튜브 0
3 3
제1항에 있어서, 상기 자기조립된 응집체는 구형의 응집체를 포함하고 있으며, 상기 구형 응집체의 크기는 100 nm 내지 3 μm의 범위인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
4 4
제1항에 있어서, 상기 자기조립된 응집체는 타원형 응집체를 포함하고 있으며, 상기 타원형 응집체의 장축 길이는 100 nm 내지 3 μm의 범위이고, 장단축의 비가 1 초과 5 이하인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
5 5
제1항에 있어서, 상기 자기조립된 응집체는 도우넛형 응집체를 포함하고 있으며, 상기 도우넛형 응집체의 크기는 외경이 500 nm 내지 3 μm의 범위이고, 내경이 100 nm 내지 2 μm의 범위인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
6 6
제1항에 있어서, 상기 나노입자 응집체는 1 nm ~ 500 nm 크기의 기공들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
7 7
제1항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자는 2 nm ~ 100 nm의 크기인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
8 8
제1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브는 평균 길이가 1 ~ 20 μm인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
9 9
제1항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자는 Si, Sn, Li4Ti5O12, SnSiO3, SnO2, TiO2, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, CaO, MgO, CuO, ZnO, In2O3, NiO, MoO3, WO3 및 이들의 혼합상 중에서 선택하는 물질 및Si-Sn-Ti-Cu-Al-Ce 또는 Si-Sn-Ti-Cu-Al-La의 결정질 합금 또는 비정질 합금으로 이루어진 군에서 선택하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
10 10
제1항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자는 LiMn2O4, V2O5, LiCoO2, LiNiO2, LiFePO4, CuV2O6, NaMnO2, NaFeO2, LiNi1-yCoyO2, Li[Ni1/2Mn1/2]O2 및 리튬 자리에 Mg2+, Al3+, Ti4+, Zr4+, Nb5+ 및 W6+ 중에서 선택하는 이온을 1 at% 이하로 도핑한 LiFePO4, Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, Li[Ni1/2Mn1/2]O2, LiNi1-xCoxO2 로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
11 11
제1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브는 단일벽, 이중벽, 다중벽 나노튜브 및 이들의 혼합물 중에서 선택하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
12 12
제1항에 있어서, 상기 엉킨 구조는 상기 나노입자 응집체의 외부를 탄소 나노튜브가 둘러 감싸면서 응집체들 사이를 연결하는 형상인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
13 13
제12항에 있어서, 상기 엉킨 구조는 상기 나노입자 응집체의 내부에 탄소 나노튜브 가닥의 적어도 일부가 포함되어 응집체들 사이를 연결하는 형상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체
14 14
집전체 및상기 집전체 상에 형성된 전극을 포함하는 리튬 이차전지로서,상기 전극이 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전극 활물질 복합체를 포함하는 리튬 이차전지
15 15
(a) 전극 활물질 나노입자 분산액 및 탄소 나노튜브 분산액을 준비하는 단계;(b) 집전체 상에 상기 분산액을 별도로 또는 혼합하여 전기분사하여 전극 활물질의 자기조립된 응집체와 탄소 나노튜브의 네트워크인 전극 활물질 복합체를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 집전체 위에 형성된 전극 활물질 복합체를 열처리하는 단계를 포함하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
16 16
제15항에 있어서, 단계 (b) 이후에,(b'') 상기 전극 활물질 복합체를 압착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
17 17
제15항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자 분산액은 분산용 용매 속에서 전극 활물질 나노입자에 대한 마이크로비드 밀링을 수행하여 얻는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
18 18
제17항에 있어서, 상기 마이크로비드 밀링은 평균 지름 0
19 19
제18항에 있어서, 상기 마이크로비드는 지르코니아 소재인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
20 20
제15항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자는 Si, Sn, Li4Ti5O12, SnSiO3, SnO2, TiO2, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, CaO, MgO, CuO, ZnO, In2O3, NiO, MoO3, WO3 및 이들의 혼합상 중에서 선택하는 물질 및Si-Sn-Ti-Cu-Al-Ce 또는 Si-Sn-Ti-Cu-Al-La의 결정질 합금 또는 비정질 합금으로 이루어지는 군에서 선택하는 물질인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
21 21
제15항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자는 LiMn2O4, V2O5, LiCoO2, LiNiO2, LiFePO4, CuV2O6, NaMnO2, NaFeO2, LiNi1-yCoyO2, Li[Ni1/2Mn1/2]O2 및 리튬 자리에 Mg2+, Al3+, Ti4+, Zr4+, Nb5+ 및 W6+ 중에서 선택하는 이온을 1 at% 이하로 도핑한 LiFePO4, Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, Li[Ni1/2Mn1/2]O2, LiNi1-xCoxO2 로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
22 22
제15항에 있어서, 상기 분산액의 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 이소프로판올, 디메틸포름아마이드(dimethylformamide; DMF), 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 톨루엔, 물 및 이들의 혼합물 중에서 선택하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
23 23
제15항에 있어서, 상기 분산액은 끓는점이 80℃ 이하인 용매의 비중이 전체 용매 중량에서 50% 이상인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
24 24
제15항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자 분산액에서 나노입자의 함유량은 분산액 전체 무게에서 0
25 25
제15항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 분산액에서 탄소 나노튜브의 함유량은 분산액 전체 무게에서 0
26 26
제15항에 있어서, 상기 (b) 단계의 전기분사는 형성된 전극 활물질 복합체의 조성이 전극 활물질 나노입자 100 중량부에 대하여 탄소 나노튜브 0
27 27
제15항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브는 단일벽, 이중벽, 내지는 다중벽 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상으로 구성된 전극 활물질 복합체의 제조 방법
28 28
제15항에 있어서, 상기 분산액은, 아세트산, 스테아르산, 아디프산, 에톡시아세트산, 벤조산, 질산 및 브롬화 세틸트리메틸암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 첨가제를 더 포함하는 것인 전극 활물질 복합체의 제조 방법
29 29
제15항에 있어서, 상기 전극 활물질 나노입자의 전기분사는 8 ~ 30 kV의 전압을 인가하고 분사 노즐의 분산액 토출 속도를 10 ~ 300 μL/분의 범위 내로 조절하여 전극 활물질 복합체층의 두께가 500 nm ~ 50 μm 되는 시간 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
30 30
제15항에 있어서, 상기 전기분사는 전극 활물질 나노입자 분산액을 함유하는 적어도 하나의 분사 노즐과 탄소 나노튜브 분산액을 함유하는 적어도 하나의 분사 노즐로 이루어지는 복수의 노즐로부터 동시에 분사하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
31 31
제15항에 있어서, 상기 (b) 단계에서는 집전체를 좌우 이동, 회전 이동 또는 좌우 및 회전 이동을 병행시키면서 전기분사하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
32 32
제15항에 있어서, 상기 전기분사는 전극 활물질 나노입자 분산액과 탄소 나노튜브 분산액이 혼합된 분산액을 분사하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 복합체의 제조 방법
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