JP6037052B2 - Porous silicon-based particles, production method thereof, and negative electrode active material including the same - Google Patents
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Description
本発明は、多孔性シリコン系粒子、この製造方法、及びこれを含む負極活物質に関する。 The present invention relates to porous silicon-based particles, a production method thereof, and a negative electrode active material including the same.
最近、情報通信産業の発展によって電子機器が小型化、軽量化、薄型化及び携帯化されるのに伴い、このような電子機器の電源として用いられる電池の高エネルギー密度化に対する要求が高まっている。リチウム二次電池は、このような要求を最もよく充足させ得る電池であって、現在これに対する研究が活発に進められている。 Recently, with the development of the information and communication industry, electronic devices have become smaller, lighter, thinner, and more portable, so that there is an increasing demand for higher energy density of batteries used as power sources for such electronic devices. . The lithium secondary battery is a battery that can best satisfy such a requirement, and research on this is now actively underway.
リチウム二次電池の負極活物質としては、リチウムの挿入/脱離が可能な人造黒鉛、天然黒鉛またはハードカーボンを含む多様な形態の炭素系材料が適用されてきた。前記炭素系列のうち黒鉛は、リチウム電池のエネルギー密度面で利点を提供し、また優れた可塑性でリチウム二次電池の長寿命を保障して最も広く用いられている。 As a negative electrode active material of a lithium secondary battery, various types of carbon-based materials including artificial graphite capable of inserting / extracting lithium, natural graphite, or hard carbon have been applied. Of the carbon series, graphite provides advantages in terms of the energy density of lithium batteries and is most widely used because of excellent plasticity and ensuring a long life of lithium secondary batteries.
しかし、黒鉛は、電極の単位体積当たりエネルギー密度の側面で容量が低い問題点があり、高い放電電圧では用いられる有機電解液との副反応が起こりやすく、電池の誤動作及び過充電などにより発火あるいは爆発の危険性がある。 However, graphite has a problem that the capacity is low in terms of energy density per unit volume of the electrode, and a side reaction with the organic electrolyte used tends to occur at a high discharge voltage, and it is ignited or malfunctioned due to battery malfunction or overcharge. There is a risk of explosion.
よって、シリコン(Si)のような金属系負極活物質が研究されている。Si金属系負極活物質は、約4200mAh/gの高いリチウム容量を表すものとして知られている。しかし、リチウムと反応前後、すなわち充放電時に最大300%以上の体積変化を引き起こす。これによって、電極内の導電性ネットワークが損傷され、粒子間接触抵抗が増加して電池性能が低下する現象がある。 Therefore, metal-based negative electrode active materials such as silicon (Si) have been studied. Si metal-based negative electrode active materials are known to exhibit a high lithium capacity of about 4200 mAh / g. However, it causes a volume change of up to 300% before and after reaction with lithium, that is, during charge and discharge. As a result, the conductive network in the electrode is damaged, the interparticle contact resistance is increased, and the battery performance is deteriorated.
よって、シリコン粒子の大きさをナノサイズに減らして体積変化による実質的な直径変化を減らす方法が試みられているが、均一なナノシリコン負極活物質は、合成する方法とこれをスラリー内に均一に分布させることに困難があり、表面積が極大化されて電解液との副反応が増加するなどの問題がある。 Therefore, there has been an attempt to reduce the size of silicon particles to nano-size to reduce the substantial diameter change due to volume change. However, a uniform nano-silicon negative electrode active material can be synthesized and uniformly mixed in the slurry. There is a problem in that it is difficult to distribute to the electrolyte, and the surface area is maximized to increase the side reaction with the electrolyte.
したがって、従来の負極活物質を代替することができ、電解液との副反応、充放電時の体積膨張及び二次電池の性能低下に対する問題を解決することができる負極活物質の開発が要求されている。 Therefore, development of a negative electrode active material that can replace the conventional negative electrode active material and can solve problems with side reactions with the electrolyte, volume expansion during charge and discharge, and performance degradation of the secondary battery is required. ing.
本発明の解決しようとする第1技術的課題は、負極活物質スラリー内の分散をさらに容易にすることができ、電解液との副反応を最少化することができ、充放電時の体積膨張を減らすことができる多孔性シリコン系粒子を提供することである。 The first technical problem to be solved by the present invention is that the dispersion in the negative electrode active material slurry can be further facilitated, the side reaction with the electrolytic solution can be minimized, and the volume expansion during charge / discharge It is an object of the present invention to provide porous silicon-based particles that can reduce the number of particles.
本発明が成そうとする第2技術的課題は、前記多孔性シリコン系粒子の製造方法を提供することである。 A second technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing the porous silicon-based particles.
本発明が成そうとする第3技術的課題は、前記多孔性シリコン系粒子を含む負極活物質を提供することである。 The third technical problem to be achieved by the present invention is to provide a negative electrode active material containing the porous silicon-based particles.
本発明が成そうとする第4技術的課題は、前記負極活物質を含む負極及びリチウム二次電池を提供することである。 The fourth technical problem to be achieved by the present invention is to provide a negative electrode and a lithium secondary battery including the negative electrode active material.
前記課題を解決するため、本発明はSiまたはSiOx(0<x<2)粒子を含み、前記粒子は複数の非線形気孔を含み、前記非線形気孔は粒子表面で開気孔(open pores)で形成された多孔性シリコン系粒子を提供する。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention includes Si or SiO x (0 <x <2) particles, the particles include a plurality of nonlinear pores, and the nonlinear pores are formed by open pores on the particle surface. Provided porous silicon-based particles.
また、本発明はSiまたはSiOx(0<x<2)を含むコア部を含み、前記コア部上に複数の非線形気孔を含むSiまたはSiOxシェル部を含み、前記シェル部の表面は開気孔(open pores)を有する多孔性シリコン系粒子を提供する。 In addition, the present invention includes a core portion including Si or SiO x (0 <x <2), and includes a Si or SiO x shell portion including a plurality of nonlinear pores on the core portion, and the surface of the shell portion is opened. Porous silicon-based particles having open pores are provided.
また、本発明は、(i)エッチング溶液を用いてSiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に存在する酸化膜層を除去する段階;及び(ii)前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を混合及び撹拌してエッチングすることにより、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子上に非線形気孔を形成させる段階を含む前記多孔性シリコン系粒子の製造方法を提供する。 The present invention also includes (i) a step of removing an oxide film layer existing on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles using an etching solution; and (ii) the oxide film layer is removed. By mixing and stirring the metal catalyst in an etching solution containing Si or SiO x (0 <x <2) particles and stirring, nonlinear pores are formed on the Si or SiO x (0 <x <2) particles. Provided is a method for producing the porous silicon-based particles including the step of forming.
また、本発明は、前記多孔性シリコン系粒子を含む負極活物質を提供する。 In addition, the present invention provides a negative electrode active material containing the porous silicon-based particles.
また、本発明は、前記負極活物質を含む負極を提供する。 In addition, the present invention provides a negative electrode including the negative electrode active material.
また、本発明は、前記負極を含むリチウム二次電池を提供する。 The present invention also provides a lithium secondary battery including the negative electrode.
本発明の一実施形態による多孔性シリコン系粒子は、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子が複数の非線形気孔を含むことにより、負極活物質スラリー内の分散をさらに容易にすることができ、電解液との副反応を最少化することができ、充放電時の体積膨張を減らすことができる。 In the porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention, Si or SiO x (0 <x <2) particles may include a plurality of nonlinear pores, thereby further facilitating dispersion in the negative electrode active material slurry. In addition, side reactions with the electrolyte can be minimized, and volume expansion during charging and discharging can be reduced.
また、本発明の一実施形態によれば、前記多孔性シリコン系粒子を金属触媒の種類、この濃度及びエッチング時間などを調節することにより形成される気孔の模様、形態及び大きさを制御することができる。 Also, according to one embodiment of the present invention, the porous silicon-based particles are controlled by controlling the pattern, form and size of the pores formed by adjusting the type, concentration and etching time of the metal catalyst. Can do.
本明細書の次の図等は、本発明の好ましい実施例を例示するものであり、前述した発明の内容とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を担うものなので、本発明はそのような図に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはならない。
以下、本発明に対する理解を助けるため、本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail to facilitate understanding of the present invention.
本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自己の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。 Terms and words used in this specification and claims should not be construed to be limited to ordinary and lexicographic meanings, and the inventor should describe his invention in the best way possible. In accordance with the principle that the terminology can be defined as appropriate, it must be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
本発明の一実施形態による多孔性シリコン系粒子は、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子を含み、前記粒子は複数の非線形気孔を含み、前記非線形気孔は粒子表面で開気孔(open pores)に形成された。 The porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention include Si or SiO x (0 <x <2) particles, the particles include a plurality of nonlinear pores, and the nonlinear pores are open pores (open pores) on the particle surface. pores).
本発明の一実施形態よれば、前記多孔性シリコン系粒子は、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子が複数の非線形気孔を含むことにより、負極活物質スラリー内の分散をさらに容易にすることができ、電解液との副反応を最少化することができ、リチウム二次電池の充放電時の体積膨張を減らすことができる。 According to an embodiment of the present invention, the porous silicon-based particles may be more easily dispersed in the negative electrode active material slurry because the Si or SiO x (0 <x <2) particles include a plurality of nonlinear pores. The side reaction with the electrolyte can be minimized, and the volume expansion at the time of charging / discharging of the lithium secondary battery can be reduced.
また、本発明の一実施形態による前記多孔性シリコン系粒子は、図1に示しているように、非線形気孔を含み、前記非線形気孔は粒子表面に開気孔を含むことにより、リチウム二次電池に適用時に前記粒子表面での開気孔の存在によって充電及び/又は放電時に負極活物質の体積膨張を抑制することができ、負極活物質の比表面積が増加して電解質との接触面積が広くなり得るので、このような負極活物質を含むリチウム二次電池は寿命特性及びレート特性を向上させることができる。 In addition, as shown in FIG. 1, the porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention include nonlinear pores, and the nonlinear pores include open pores on the particle surface. The presence of open pores on the particle surface during application can suppress the volume expansion of the negative electrode active material during charging and / or discharging, and the specific surface area of the negative electrode active material can be increased to increase the contact area with the electrolyte. Therefore, the lithium secondary battery including such a negative electrode active material can improve life characteristics and rate characteristics.
このとき、前記開気孔の平均直径は、表面での観察時、約30nmから500nm、好ましくは30nmから300nmであり得る。 At this time, the average diameter of the open pores may be about 30 nm to 500 nm, preferably 30 nm to 300 nm, when observed on the surface.
本発明の一実施形態によれば、前記非線形気孔の直径は、前記多孔性シリコン系粒子の中心方向に沿って漸次的に減少することができる、例えば非線形のコーン(Corn)タイプの構造を有し得る。 According to an embodiment of the present invention, the diameter of the non-linear pores may be gradually decreased along the center direction of the porous silicon-based particle, for example, having a non-linear Corn type structure. Can do.
また、本発明の一実施形態によれば、前記非線形気孔等は少なくとも二つ以上が互いに連結されていることがある。 According to an embodiment of the present invention, at least two of the nonlinear pores may be connected to each other.
前記非線形気孔の深さは、0.1μmから5μmであるのが好ましい。このとき、非線形気孔の深さは、多孔性シリコン系粒子の表面に形成された開気孔から粒子の中心方向に沿って漸次的に減少する気孔端部までを意味し、これは例えば走査電子顕微鏡(SEM)写真または水銀ポロシメータ(Mercury prosimeter)で測定することができる。 The depth of the nonlinear pores is preferably 0.1 μm to 5 μm. At this time, the depth of the non-linear pores means from the open pores formed on the surface of the porous silicon-based particle to the pore end portion gradually decreasing along the center direction of the particle. It can be measured with a (SEM) photograph or a mercury porosimeter.
また、本発明の一実施形態によれば、前記多孔性シリコン系粒子は、水銀ポロシメータ(Mercury porosimeter)によって測定される気孔への水銀の浸入量変化率は30nmから2500nm、好ましくは50nmから600nmの気孔の平均直径でピークを示すことができる。前記ピークにおける水銀の総浸入量(intrusion volume)は0.5mL/gから1.2mL/gであり得る。 According to an embodiment of the present invention, the porous silicon-based particles may have a mercury intrusion change rate of 30 nm to 2500 nm, preferably 50 nm to 600 nm, as measured by a mercury porosimeter. A peak can be shown by the average diameter of the pores. The total mercury intrusion volume at the peak may be from 0.5 mL / g to 1.2 mL / g.
前記水銀の総浸入量とは、水銀ポロシメータを用いて測定される複数の気孔への水銀の浸入量を意味し、水銀の表面張力及び接触角をそれぞれ485mN/m及び130゜として、気孔の平均直径と圧力との関係を180/圧力=気孔の平均直径に近似した際に測定される値である。 The total mercury intrusion amount means the intrusion amount of mercury into a plurality of pores measured using a mercury porosimeter, and the average surface pore size is assumed to be 485 mN / m and 130 ° respectively. 180 / pressure = a value measured when the relationship between the diameter and the pressure is approximated to the average diameter of the pores.
また、前記水銀ポロシメータの測定結果から、水銀の浸入量変化率が約30nmから2500nmの気孔の平均直径でピークを示すことができるとの意味は、水銀ポロシメータの測定結果、前記範囲の気孔の平均直径で水銀の浸入量変化率が上向き凸型のピーク曲線を描くように分布しているとのことを意味する。 In addition, from the measurement result of the mercury porosimeter, the meaning that the rate of change of mercury intrusion can show a peak at the average diameter of pores of about 30 nm to 2500 nm is the result of the measurement of the mercury porosimeter, the average of the pores in the above range It means that the change rate of mercury intrusion amount by diameter is distributed so as to draw an upward convex peak curve.
本発明の一実施形態による前記多孔性シリコン系粒子の平均粒径(D50)は1μmから20μm、好ましくは3μmから12μm、さらに好ましくは5μmから10μmであり得る。 The average particle diameter (D 50 ) of the porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention may be 1 μm to 20 μm, preferably 3 μm to 12 μm, more preferably 5 μm to 10 μm.
前記多孔性シリコン系粒子の平均粒径が1μm未満である場合、負極活物質スラリー内の分散が困難であり得、平均粒径が20μmを超過する場合、リチウムイオンの充電による粒子の膨張が甚だしくなり、充放電が繰り返されることによって粒子間決着性と粒子と集電体との決着性が落ちるようになり、サイクル特性が大きく減少され得る。 When the average particle diameter of the porous silicon-based particles is less than 1 μm, dispersion in the negative electrode active material slurry may be difficult, and when the average particle diameter exceeds 20 μm, the expansion of the particles due to lithium ion charging is significant. Thus, by repeating charging and discharging, the settlement between particles and the settlement between the particles and the current collector are lowered, and the cycle characteristics can be greatly reduced.
本発明において、粒子の平均粒径は粒子の粒径分布の50%基準における粒径と定義することができる。本発明の一実施形態による前記粒子の平均粒径(D50)は、例えば、レーザ回折法(laser diffraction method)を用いて測定することができる。前記レーザ回折法は一般的にサブミクロン(submicron)領域から数mm程度の粒径の測定が可能であり、高再現性及び高分解性の結果を得ることができる。 In the present invention, the average particle size of the particles can be defined as the particle size based on 50% of the particle size distribution of the particles. The average particle diameter (D 50 ) of the particles according to an embodiment of the present invention can be measured using, for example, a laser diffraction method. In general, the laser diffraction method can measure a particle size of about several millimeters from a submicron region, and can obtain results of high reproducibility and high resolution.
本発明の一実施形態による前記多孔性シリコン系粒子の比表面積(BET−SSA)は5m2/gから50m2/gであるのが好ましく、前記範囲の比表面積を満たす多孔性シリコン系粒子を用いて負極活物質として適用してリチウム二次電池を製造する場合、リチウム二次電池のレート特性が向上され得る。 The porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention preferably have a specific surface area (BET-SSA) of 5 m 2 / g to 50 m 2 / g, and the porous silicon-based particles satisfying the specific surface area in the above range. When used as a negative electrode active material to produce a lithium secondary battery, the rate characteristics of the lithium secondary battery can be improved.
前記比表面積が50m2/gを超過する場合、広い比表面積によって電解液との副反応を制御し難いことがあり、5m2/g未満の場合、十分な気孔が形成されないため、リチウムとの充放電時の体積膨張を効果的に収容し難いことがあるので好ましくない。 When the specific surface area exceeds 50 m 2 / g, it may be difficult to control a side reaction with the electrolyte due to a wide specific surface area. When the specific surface area is less than 5 m 2 / g, sufficient pores are not formed, This is not preferable because it may be difficult to effectively accommodate the volume expansion during charging and discharging.
本発明の一実施形態によれば、前記多孔性シリコン系粒子の比表面積はBET(Brunauer−Emmett−Teller;BET)法で測定することができる。例えば、気孔分布測定器(Porosimetry analyzer; Bell Japan Inc, Belsorp−II mini)を用いて窒素ガス吸着流通法によってBET6点法で測定することができる。 According to an embodiment of the present invention, the specific surface area of the porous silicon-based particles can be measured by a BET (Brunauer-Emmett-Teller; BET) method. For example, it can be measured by a BET 6-point method by a nitrogen gas adsorption flow method using a pore distribution analyzer (Bell Japan Inc, Belsorb-II mini).
一方、本発明のまた他の一実施形態によれば、SiまたはSiOx(0<x<2)を含むコア部を含み、前記コア部上に複数の非線形気孔を含むSiまたはSiOxシェル部を含み、前記シェル部の表面は開気孔(open pores)を有する多孔性シリコン系粒子を提供する。 Meanwhile, according to still another embodiment of the present invention, a Si or SiO x shell portion including a core portion including Si or SiO x (0 <x <2) and including a plurality of nonlinear pores on the core portion. And the surface of the shell part provides porous silicon-based particles having open pores.
前記多孔性シリコン系粒子において、前記コア部とシェル部の長さの比は1:9から9:1であるのが好ましい。 In the porous silicon-based particle, the length ratio of the core part to the shell part is preferably 1: 9 to 9: 1.
本発明の一実施形態による非線形気孔及び開気孔等の形態、前記気孔の平均直径は前述した通りであり、これらは多孔性シリコン系粒子の製造時に、例えば、金属触媒の種類、この濃度及びエッチング時間などを調節して制御することができる。 The form of nonlinear pores and open pores according to an embodiment of the present invention, and the average diameter of the pores are as described above. These are the types of metal catalyst, the concentration, and the etching during the production of the porous silicon-based particles. The time can be adjusted and controlled.
本発明の一実施形態による多孔性シリコン系粒子の製造方法は、(i)エッチング溶液を用いてSiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に存在する酸化膜層を除去する段階;及び(ii)前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を混合及び撹拌してエッチングすることにより、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子上に非線形気孔を形成させる段階を含むことができる。 The method for producing porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention includes (i) removing an oxide film layer present on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles using an etching solution; and (ii) the oxide layer is removed Si or SiO x (0 <x <2 ) a metal catalyst in an etching solution that contains particles mixed and stirred to by etching, Si or SiO x (0 <X <2) The method may include forming nonlinear pores on the particles.
先ず、前記段階(i)はエッチング溶液を用いてSiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に存在する酸化膜層を除去する段階であり得る。 First, the step (i) may be a step of removing an oxide film layer existing on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles using an etching solution.
すなわち、前記段階(i)は、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に存在する酸化膜層除去段階であって、前記酸化膜層の除去段階はSiまたはSiOx(0<x<2)上に金属触媒の無電解メッキ(electroless metal deposition)がより円滑かつ均一にコーティングされ得るように表面処理する過程であり得る。 That is, the step (i) is a step of removing an oxide layer existing on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles, and the step of removing the oxide layer is Si or SiO x (0 <x <2) It may be a process of surface treatment so that electroless plating of metal catalyst can be coated more smoothly and uniformly.
具体的に検討してみれば、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子を約20℃から90℃の温度まで昇温させたエッチング溶液に担持させた後、これを約30分から3時間の間撹拌することによりSiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に存在する自然酸化膜層(SiO2)を除去することができる。 Specifically, when Si or SiO x (0 <x <2) particles are supported on an etching solution heated to a temperature of about 20 ° C. to 90 ° C., the particles are supported for about 30 minutes to 3 hours. The natural oxide film layer (SiO 2 ) present on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles can be removed by stirring for a period of time.
本発明の一実施形態によって用いられ得る前記エッチング溶液は、フルオロ化水素(HF)、フルオロ化珪素(H2SiF6)及びフルオロ化アンモニウム(NH4F)からなる群より選択される1種以上の溶液であり得、好ましくはフルオロ化水素(HF)であり得る。 The etching solution that can be used according to an embodiment of the present invention is one or more selected from the group consisting of hydrogen fluoride (HF), silicon fluoride (H 2 SiF 6 ), and ammonium fluoride (NH 4 F). Solution, preferably hydrogen fluoride (HF).
前記エッチング溶液の濃度は、5Mから20Mであり得る。 The concentration of the etching solution may be 5M to 20M.
また、前記段階(ii)は、前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を添加して混合及び撹拌してエッチングすることにより、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子上に非線形気孔を形成させる段階であり得る。 In the step (ii), etching is performed by adding a metal catalyst to an etching solution containing Si or SiO x (0 <x <2) particles from which the oxide film layer has been removed, and mixing and stirring. This may be a step of forming non-linear pores on Si or SiO x (0 <x <2) particles.
本発明の一実施形態によれば、前記金属触媒の種類と濃度及びエッチング(撹拌)時間によってSiまたはSiOx(0<x<2)粒子上に形成され得る気孔の平均直径及び形態を制御することができる。 According to an embodiment of the present invention, the average diameter and form of pores that can be formed on Si or SiO x (0 <x <2) particles are controlled by the type and concentration of the metal catalyst and the etching (stirring) time. be able to.
すなわち、前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を添加して混合及び撹拌することにより、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に無電解メッキを介して金属が均一に電着されるとともにエッチングが行われて非線形気孔が形成され得る。 That is, by adding a metal catalyst to an etching solution containing Si or SiO x (0 <x <2) particles from which the oxide film layer has been removed, and mixing and stirring, Si or SiO x (0 < x <2) Metals can be uniformly electrodeposited on the particle surface via electroless plating and etching can be performed to form nonlinear pores.
本発明の一実施形態によって用いられ得る前記金属触媒は、銅(Cu)、白金(Pt)及びニッケル(Ni)からなる群より選択されたいずれか一つまたはこれらのうち2種以上の元素、好ましくは銅を含むことができる。 The metal catalyst that can be used according to an embodiment of the present invention is any one selected from the group consisting of copper (Cu), platinum (Pt), and nickel (Ni), or two or more of these elements, Preferably it can contain copper.
一般的な化学的エッチング法に用いられる金属触媒は銀を含むことができるが、前記銅、白金及びニッケルなどを含む金属触媒は銀を含む金属触媒と比べるとき、触媒が接触した部分のみエッチングが起こる共通点があるが、銀を含む金属触媒を用いる場合、図2に示した模式図のように、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面で垂直方向にエッチングが起こり、気孔が線形に形成され得る。 The metal catalyst used in a general chemical etching method can contain silver, but the metal catalyst containing copper, platinum, nickel, etc. can etch only the portion in contact with the catalyst when compared with the metal catalyst containing silver. In the case where a metal catalyst containing silver is used, etching occurs in the vertical direction on the Si or SiO x (0 <x <2) particle surface as shown in the schematic diagram of FIG. It can be formed linearly.
これに反して、本発明の一実施形態によって銅、白金またはニッケルを含む前記金属触媒を用いた場合には、前記金属触媒の結晶の形態が四角形状であるため、四角形の形態で電着が起こることがあり、エッチングがSiまたはSiOx(0<x<2)の結晶性に影響を受けないので、一定の方向性のない非線形気孔の形態でエッチングが起こることがある(図1参照)。また、エッチングされる形状がSiまたはSiOx(0<x<2)粒子内部に入るほどコーン(cone)タイプのエッチングが起こり、前記非線形気孔の平均直径は前記粒子の中心方向に沿って漸次的に減少することができる。 On the other hand, when the metal catalyst containing copper, platinum, or nickel is used according to an embodiment of the present invention, the crystal form of the metal catalyst is a square shape, and thus electrodeposition is performed in a square shape. Since etching is not affected by the crystallinity of Si or SiO x (0 <x <2), etching may occur in the form of non-linear pores with no fixed orientation (see FIG. 1) . Further, cone-type etching occurs as the etched shape enters the Si or SiO x (0 <x <2) particle, and the average diameter of the nonlinear pores gradually increases along the center direction of the particle. Can be reduced.
前記金属触媒は、前記金属元素を含む限り特に制限されてはいないが、前記金属を含む塩形態であり得る。このとき、前記塩の負イオンは硝酸(NO3 −)、硫酸(SO4 2−)、ヨード(I−)、過塩素酸(ClO4 −)及び酢酸(CH3COO−)からなる群より選択されたいずれか一つ、またはこれらのうち2種以上の混合物であり得る。 The metal catalyst is not particularly limited as long as it contains the metal element, but may be a salt form containing the metal. At this time, the negative ions of the salt are selected from the group consisting of nitric acid (NO 3 − ), sulfuric acid (SO 4 2− ), iodo (I − ), perchloric acid (ClO 4 − ), and acetic acid (CH 3 COO − ). It may be any one selected or a mixture of two or more thereof.
前記金属触媒の濃度は、5mMから100mMであり得る。 The concentration of the metal catalyst may be 5 mM to 100 mM.
本発明の一実施形態によれば、前記エッチング(撹拌)時間は約3時間から24時間の間行われ得るのが好ましく、前記エッチング時間によって非線形気孔の形成程度が変化することができる。 According to an embodiment of the present invention, the etching (stirring) time may be performed between about 3 hours and 24 hours, and the degree of formation of nonlinear pores may vary depending on the etching time.
前記エッチング時間が3時間未満であれば、本発明の目的とする気孔を形成することができないので、本発明の目的とする効果を達成することができず、エッチング時間が24時間を超過する場合、エッチング溶液の消耗によってエッチングがこれ以上起こらないので、工程時間のみ長くなるだけでエッチング時間による効果がなく、エッチング時間を24時間を超過する場合には多孔性シリコン系粒子の表面で亀裂が観察され、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子が過度にエッチングされて負極活物質の機械的物性が低下する問題があり得る。 If the etching time is less than 3 hours, the pores targeted by the present invention cannot be formed, so that the intended effect of the present invention cannot be achieved, and the etching time exceeds 24 hours. Since no further etching occurs due to the consumption of the etching solution, only the process time is lengthened and there is no effect due to the etching time. If the etching time exceeds 24 hours, cracks are observed on the surface of the porous silicon-based particles. In addition, Si or SiO x (0 <x <2) particles may be excessively etched to deteriorate the mechanical properties of the negative electrode active material.
本発明の一実施形態によれば、前記金属触媒の電着時間は、約1時間から12時間の間行われ得る。また、時間と費用などの工程効率性面で、前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を混合し撹拌して金属触媒電着とエッチング段階を同時に行うのが好ましい。 According to an embodiment of the present invention, the electrodeposition time of the metal catalyst may be performed for about 1 to 12 hours. Further, in terms of process efficiency such as time and cost, a metal catalyst is mixed in an etching solution containing Si or SiO x (0 <x <2) particles from which the oxide film layer has been removed, and stirred to form a metal. It is preferred to perform the catalytic electrodeposition and the etching step simultaneously.
また、本発明の一実施形態によれば、前記段階ii)で前記エッチング溶液に弱酸化剤をさらに添加することができる。このとき、前記弱酸化剤は化学的エッチング速度を増加させることができ、シリコンの酸化を介して追加気孔をさらに形成させることができ、気孔等どうし互いに連結されるようにエッチングを促進させることにより、金属触媒によって形成された気孔の平均直径を増加させることができる。 In addition, according to an embodiment of the present invention, a weak oxidizing agent may be further added to the etching solution in the step ii). At this time, the weak oxidant can increase the chemical etching rate, can further form additional pores through the oxidation of silicon, and promote the etching so that the pores are connected to each other. The average diameter of the pores formed by the metal catalyst can be increased.
もし、前記エッチング工程において強酸化剤を用いる場合、弱酸化剤に比べて化学的エッチング速度が速すぎるようになり、金属がシリコンに乗って垂直にエッチングされて形成され得るため、本発明で目的とする非線形気孔を形成するのに困難があるので好ましくない。 If a strong oxidant is used in the etching process, the chemical etching rate becomes too high compared to a weak oxidant, and the metal can be formed by being etched vertically on silicon. Since it is difficult to form nonlinear pores, it is not preferable.
本発明の一実施形態によって用いられ得る弱酸化剤の種類は、亜リン酸、亜硫酸及びリン酸からなる群より選択されたいずれか一つ、またはこれらのうち2種以上の混合物であるのが好ましく、さらに好ましくは亜リン酸を用いることができ、前記弱酸化剤の濃度は0.25Mから1.0Mであり得る。 The kind of weak oxidizing agent that can be used according to an embodiment of the present invention is any one selected from the group consisting of phosphorous acid, sulfurous acid, and phosphoric acid, or a mixture of two or more thereof. Preferably, phosphorous acid can be used, and the concentration of the weak oxidizing agent can be 0.25M to 1.0M.
また、本発明の一実施形態によれば、前記段階(ii)でSiまたはSiOx(0<x<2)粒子に非線形気孔を形成させた後、前記粒子に残留している金属触媒を除去する段階をさらに含むことができる。 According to an embodiment of the present invention, after forming non-linear pores in the Si or SiO x (0 <x <2) particles in the step (ii), the metal catalyst remaining in the particles is removed. The method may further include the step of:
前記金属触媒を除去するためには、非線形気孔が形成されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子を金属除去溶液と接触させて前記金属触媒を除去することができる。 In order to remove the metal catalyst, the metal catalyst can be removed by bringing Si or SiO x (0 <x <2) particles having non-linear pores into contact with a metal removal solution.
前記金属除去溶液は、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)及び塩酸(HCl)からなる群より選択されるいずれか一つ、またはこれらのうち2種以上の混合物を用いることができる。 The metal removal solution may be any one selected from the group consisting of nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and hydrochloric acid (HCl), or a mixture of two or more thereof. .
また、前記多孔性シリコン系粒子は、前記多孔性シリコン系粒子上に炭素コーティング層をさらに含むことができる。 The porous silicon-based particles may further include a carbon coating layer on the porous silicon-based particles.
前記炭素コーティング層を形成する方法は、炭素前駆体を用いて通常のコーティング方法で製造することができ、例えば前記エッチング段階後、前記多孔性シリコン系粒子を炭素前駆体と混合した後、熱処理して、多孔性シリコン系粒子の外壁を炭素でコーティングする段階をさらに含むことができる。 The carbon coating layer may be formed by a conventional coating method using a carbon precursor. For example, after the etching step, the porous silicon-based particles are mixed with the carbon precursor and then heat-treated. In addition, the method may further include coating the outer wall of the porous silicon-based particle with carbon.
前記炭素前駆体は、熱処理によって炭素を生成するものであれば、いずれも制限なく用いることができ、例えばピッチ(pitch)または炭化水素系物質などを用いることができる。前記炭化水素系物質としては、フルフリルアルコール(furfuryl alcohol)やフェノール系樹脂などを例えることができる。 Any carbon precursor can be used without limitation as long as it generates carbon by heat treatment. For example, a pitch or a hydrocarbon-based material can be used. Examples of the hydrocarbon material include furfuryl alcohol and phenol resin.
本発明の一実施形態によれば、前記炭素前駆体は、前記多孔性シリコン系粒子の総重量に対して10重量%から40重量%の量で用いることができる。 According to an embodiment of the present invention, the carbon precursor may be used in an amount of 10 wt% to 40 wt% based on the total weight of the porous silicon-based particles.
前記炭素前駆体が10重量%未満で用いられる場合、均一なコーティング層が形成されないため電気伝導性が低下する問題があり得、40重量%を超過する場合には、多孔性シリコン系粒子の表面気孔及び内部気孔を炭素材が全部コーティングされ、多孔性構造による性能向上の効果を得ることができず、追加の非可逆反応が発生して容量減少及び初期効率が減少する問題があり得る。 When the carbon precursor is used in an amount of less than 10% by weight, a uniform coating layer may not be formed, and thus there may be a problem that electrical conductivity is reduced. The pores and internal pores are all coated with the carbon material, so that the effect of improving the performance due to the porous structure cannot be obtained, and there is a problem that additional irreversible reaction occurs to reduce the capacity and initial efficiency.
また、炭素コーティング層を形成する溶媒は、例えばテトラヒドロフラン(THF)、アルコールなどを用いることができ、熱処理温度は、例えば、300℃から1400℃の温度範囲で行ってコーティングすることができる。 Moreover, tetrahydrofuran (THF), alcohol, etc. can be used for the solvent which forms a carbon coating layer, for example, and it can coat by performing heat processing temperature in the temperature range of 300 to 1400 degreeC, for example.
一方、本発明の一実施形態による前記多孔性シリコン系粒子の気孔率は、多孔性シリコン系粒子全体体積に対して5%から90%、好ましくは10%から70%、さらに好ましくは10%から40%であり得る。 On the other hand, the porosity of the porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention is 5% to 90%, preferably 10% to 70%, more preferably 10% to the total volume of the porous silicon-based particles. It can be 40%.
ここで、気孔率(%)は、下記のように定義することができる。
気孔率(%)={1−(多孔性シリコン粒子のバルク密度/純粋シリコン粒子のバルク密度)}×100
Here, the porosity (%) can be defined as follows.
Porosity (%) = {1− (bulk density of porous silicon particles / bulk density of pure silicon particles)} × 100
前記気孔率の測定は特に限定されず、本発明の一実施形態によって、例えばBET(Brunauer−Emmett−Teller)測定法または水銀浸透法(Hg porosimeter)によって測定され得る。 The measurement of the porosity is not particularly limited, and can be measured by, for example, a BET (Brunauer-Emmett-Teller) measurement method or a mercury permeation method (Hg porosimeter) according to an embodiment of the present invention.
前記多孔性シリコン系負極活物質の気孔率が5%未満の場合には、充放電時の負極活物質の体積膨張を抑制することができず、90%を超過する場合には、負極活物質内に存在する多量の気孔により機械的強度が低下して電池製造工程(スラリー混合、コーティング後のプレッシングなど)時に負極活物質が破壊され得る。 When the porosity of the porous silicon-based negative electrode active material is less than 5%, the volume expansion of the negative electrode active material during charge / discharge cannot be suppressed, and when it exceeds 90%, the negative electrode active material Due to the large number of pores present inside, the mechanical strength is lowered, and the negative electrode active material can be destroyed during the battery manufacturing process (slurry mixing, pressing after coating, etc.).
また、本発明は、前記多孔性シリコン系粒子を含む負極活物質を提供する。 In addition, the present invention provides a negative electrode active material containing the porous silicon-based particles.
本発明の一実施形態による負極活物質は、炭素系物質をさらに含むことができる。すなわち、前記多孔性シリコン系粒子を従来に通常用いられる炭素系物質と混合して二次電池に用いられ得る。 The negative active material according to an embodiment of the present invention may further include a carbon-based material. That is, the porous silicon-based particles can be mixed with a conventionally used carbon-based material and used in a secondary battery.
前記通常用いられる負極活物質は、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維及びカーボンブラックからなる群より選択される1種以上であり得る。 The normally used negative electrode active material may be one or more selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), carbon fiber, and carbon black.
前記炭素系物質は、多孔性シリコン系粒子100重量部に対して0重量部から90重量部、好ましくは70重量部から95重量部であり得る。 The carbon-based material may be 0 to 90 parts by weight, preferably 70 to 95 parts by weight with respect to 100 parts by weight of porous silicon-based particles.
また、本発明は前記負極活物質を含む負極を提供する。 The present invention also provides a negative electrode including the negative active material.
さらに、本発明は正極、負極、前記正極と負極との間に介在された分離膜及びリチウム塩が溶解されている電解質を含むリチウム二次電池において、前記負極が多孔性シリコン系粒子を含む負極活物質を含むリチウム二次電池を提供する。 Furthermore, the present invention relates to a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separation membrane interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte in which a lithium salt is dissolved. The negative electrode includes porous silicon-based particles. A lithium secondary battery including an active material is provided.
前記で製造された負極活物質は、当分野で通常用いられる製造方法で負極を製造することができる。例えば、本発明の一実施形態による負極活物質にバインダと溶媒、必要に応じて導電剤と分散剤を混合及び撹拌してスラリーを製造した後、これを集電体に塗布し圧縮して負極を製造することができる。 The negative electrode active material manufactured as described above can be used to manufacture a negative electrode by a manufacturing method generally used in this field. For example, a negative electrode active material according to an embodiment of the present invention is mixed with a binder and a solvent, and if necessary, a conductive agent and a dispersing agent and stirred to produce a slurry, which is then applied to a current collector and compressed to form a negative electrode Can be manufactured.
前記バインダとしては、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVDF−co−HEP)、ポリビニリデンフルオライド(polyvinylidenefluoride)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate)、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル酸、エチレン−プロピレン−ジエンモノマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブチレンゴム(SBR)、フッ素ゴム、ポリアクリル酸(poly acrylic acid)及びこれらの水素をLi、NaまたはCaなどに置換された高分子、または多様な共重合体などの多様な種類のバインダ高分子が用いられ得る。前記溶媒としてはN−メチルピロリドン、アセトン、水などを用いることができる。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl MC, and polyvinyl alcohol. ), Starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber (SBR), fluororubber, Polyacrylic acid (poly crylic acid) and may these hydrogen Li, polymer substituted like Na or Ca or various diverse types of binder polymer such as a copolymer, is used. As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like can be used.
前記導電剤は、当該電池に化学的変化を誘発しないながらも導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維;炭素ナノチューブなどの導電性チューブ;フルオロカーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが用いられ得る。 The conductive agent is not particularly limited as long as it does not induce a chemical change in the battery but has conductivity. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black, acetylene black, kettle, etc. Carbon black such as chain black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber; conductive tube such as carbon nanotube; metal powder such as fluorocarbon, aluminum and nickel powder; oxidation Conductive whiskers such as zinc and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used.
前記分散剤は、水系分散剤またはN−メチル−2−ピロリドンなどの有機分散剤を用いることができる。 As the dispersant, an aqueous dispersant or an organic dispersant such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.
前述した負極製造と同様に、正極活物質、導電剤、バインダ及び溶媒を混合してスラリーを製造した後、これを金属集電体に直接コーティングするか、別途の支持体上にキャスティングしてこの支持体から剥離させた正極活物質フィルムを金属集電体にラミネーションして正極を製造することができる。 Similar to the negative electrode production described above, a positive electrode active material, a conductive agent, a binder and a solvent are mixed to produce a slurry, which is then coated directly on a metal current collector or cast on a separate support. The positive electrode active material film peeled off from the support can be laminated on a metal current collector to produce a positive electrode.
前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、Li[NixCoyMnzMv]O2(前記式で、MはAl、Ga及びInからなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらのうち2種以上の元素であり;0.3≦x<1.0、0≦y、z≦0.5、0≦v≦0.1、x+y+z+v=1である)、Li(LiaMb−a−b'M'b')O2−cAc(前記式で、0≦a≦0.2、0.6≦b≦1、0≦b'≦0.2、0≦c≦0.2であり;MはMnと、Ni、Co、Fe、Cr、V、Cu、Zn及びTiからなる群より選択される1種以上を含み;M'はAl、Mg及びBからなる群より選択される1種以上であり、AはP、F、S及びNからなる群より選択される1種以上である。)などの層状化合物や、1またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物;化学式Li1+yMn2−yO4(ここで、yは0−0.33である)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2などのリチウムマンガン酸化物;リチウム銅酸化物(Li2CuO2);LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7などのバナジウム酸化物;化学式LiNi1−yMyO2(ここで、M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、BまたはGaであり、y=0.01−0.3である)で表されるNiサイト型リチウムニッケル酸化物;化学式LiMn2−yMyO2(ここで、M=Co、Ni、Fe、Cr、ZnまたはTaであり、y=0.01−0.1である)またはLi2Mn3MO8(ここで、M=Fe、Co、Ni、CuまたはZnである)で表されるリチウムマンガン複合酸化物;化学式のLiの一部がアルカリ土類金属イオンで置換されたLiMn2O4;ジスルフィド化合物;Fe2(MoO4)3などを挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。 The positive active material, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2), in Li [Ni x Co y Mn z Mv] O 2 ( Formula, M is Al, comprises Ga and In Any one selected from the group or two or more of these elements; 0.3 ≦ x <1.0, 0 ≦ y, z ≦ 0.5, 0 ≦ v ≦ 0.1, x + y + z + v = 1), Li (Li a M b-a-b ′ M ′ b ′ ) O 2-c A c (in the above formula, 0 ≦ a ≦ 0.2, 0.6 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ b ′ ≦ 0.2, 0 ≦ c ≦ 0.2; M includes Mn and one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn and Ti M ′ is one or more selected from the group consisting of Al, Mg and B, and A is selected from the group consisting of P, F, S and N; . That is one or more) and layered compounds such as compounds substituted with one or more transition metals; formula Li 1 + y Mn 2-y O 4 ( where, y is 0-0.33) , LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and other lithium manganese oxides; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 Vanadium oxides such as: Chemical formula LiNi 1-y M y O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01-0.3) Ni-site type lithium nickel oxide represented by chemical formula LiMn 2−y M y O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and y = 0.01-0. 1) or L (Where, M = Fe, Co, Ni , a is Cu or Zn) 2 Mn 3 MO 8 lithium-manganese composite oxide represented by; LiMn a part of the chemical formula of Li is substituted with alkaline earth metal ions 2 O 4 ; disulfide compound; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like can be mentioned, but are not limited thereto.
前記分離膜は、従来に分離膜として用いられる通常の多孔性高分子フィルム、例えばエチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン/ブテン共重合体、エチレン/ヘキセン共重合体及びエチレン/メタクリレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子フィルムを単独またはこれらを積層して用いることができ、通常の多孔性不織布、例えば高融点のガラス繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維などからなる不織布、ポリマー分離膜基材の少なくとも一面以上にセラミックをコーティングして用いることができるが、これに制限されるものではない。 The separation membrane is a conventional porous polymer film conventionally used as a separation membrane, such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer. A porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as a coalescence can be used alone or by laminating these, and a normal porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. Further, at least one surface of the polymer separation membrane substrate can be coated with ceramic, but is not limited thereto.
本発明の一実施形態として用いられる電解液において、電解質に含まれ得るリチウム塩は、二次電池用電解液に通常用いられるものなどであれば制限なく用いられ得、例えば、前記リチウム塩の負イオンとしてはF−、Cl−、I−、NO3 −、N(CN)2 −、BF4 −、ClO4 −、PF6 −、(CF3)2PF4 −、(CF3)3PF3 −、(CF3)4PF2 −、(CF3)5PF−、(CF3)6P−、CF3SO3 −、CF3CF2SO3 −、(CF3SO2)2N−、(FSO2)2N−、CF3CF2(CF3)2CO−、(CF3SO2)2CH−、(SF5)3C−、(CF3SO2)3C−、CF3(CF2)7SO3 −、CF3CO2 −、CH3CO2 −、SCN−及び(CF3CF2SO2)2N−からなる群より選択される1種を用いることができる。 In the electrolytic solution used as an embodiment of the present invention, the lithium salt that can be contained in the electrolyte can be used without limitation as long as it is usually used in an electrolytic solution for a secondary battery. The ions include F − , Cl − , I − , NO 3 − , N (CN) 2 − , BF 4 − , ClO 4 − , PF 6 − , (CF 3 ) 2 PF 4 − , and (CF 3 ) 3 PF. 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 − , CF One selected from the group consisting of 3 CO 2 − , CH 3 CO 2 − , SCN − and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N − can be used.
本発明の一実施形態で用いられる電解液において、電解液に含まれる有機溶媒としては通常用いられるものなどであれば制限なく用いられることができ、代表としてプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート(fluoro−ethylene carbonate)、ジメチルスルホキシド、アセットニトリル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ビニレンカーボネート、スルホラン、ガンマ−ブチロラクトン、プロピレンスルフィド、テトラヒドロフラン、ギ酸メチル(methyl formate)、酢酸メチル(methyl acetate)、酢酸エチル(ethyl acetate)、酢酸イソプロピル(isopropyl acetate)、酢酸イソアミル(isoamyl acetate)、メチルプロピオネート(methyl propionate)、エチルプロピオネート(ethyl propionate)、プロピルプロピオネート(propyl propionate)、ブチルプロピオネート(butyl propionate)、メチルブチレート(methyl butylate)及びエチルブチレート(ethyl butylate)からなる群より選択されたいずれか一つ、またはこれらのうち2種以上の混合物を用いることができる。 In the electrolytic solution used in an embodiment of the present invention, any organic solvent that is usually used can be used without limitation as long as it is a typical organic solvent, and representative examples thereof include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, and dimethyl. Carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, fluoro-ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, asset nitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfide, tetrahydrofuran , Methyl formate, methyl acetate, acetic acid Ethyl acetate, Isopropyl acetate, Isoamyl acetate, Methyl propionate, Ethyl propionate, Propyl propionate, Propyl propionate Any one selected from the group consisting of butyl propionate, methyl butyrate and ethyl butyrate, or a mixture of two or more thereof may be used.
特に、前記カーボネート系有機溶媒のうち環状カーボネートであるエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートは高粘度の有機溶媒であって、誘電率が高く、電解質内のリチウム塩をよく解離させるので好ましく用いられ得、このような環状カーボネートにジメチルカーボネート及びジエチルカーボネートのような低粘度、低誘電率の線形カーボネートを適当な割合で混合して用いれば、高い電気伝導率を有する電解液を作製することができるので、さらに好ましく用いられ得る。 In particular, among the carbonate-based organic solvents, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate are high-viscosity organic solvents, which have a high dielectric constant and can be preferably used because they dissociate lithium salts in the electrolyte well. It is more preferable to use a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate mixed with an appropriate ratio in an appropriate ratio because an electrolytic solution having high electrical conductivity can be prepared. Can be used.
選択的に、本発明によって貯蔵される電解液は、通常の電解液に含まれる過充電防止剤などのような添加剤をさらに含むことができる。 Optionally, the electrolyte stored according to the present invention may further include an additive such as an overcharge inhibitor contained in a normal electrolyte.
正極と負極との間に分離膜を配置して電極組立体を形成し、前記電極組立体を円筒型電池ケースまたは角型電池ケースまたはアルミニウムパウチに入れた後、電解質を注入すると二次電池が完成される。または、前記電極組立体を積層した後、これを電解液に含浸させて、得られた結果物を電池ケースに入れて密封するとリチウム二次電池が完成される。 A separation membrane is disposed between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode assembly. After the electrode assembly is placed in a cylindrical battery case, a rectangular battery case, or an aluminum pouch, an electrolyte is injected to form a secondary battery. Completed. Alternatively, after laminating the electrode assembly, it is impregnated with an electrolytic solution, and the resultant product is put in a battery case and sealed to complete a lithium secondary battery.
本発明によるリチウム二次電池は、小型デバイスの電源として用いられる電池セルに用いられ得るだけでなく、複数の電池セルを含む中大型電池モジュールに単位電池としても好ましく用いられ得る。前記中大型デバイスの好ましい例としては、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグ−インハイブリッド電気自動車、電力貯蔵用システムなどを挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。 The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only as a battery cell used as a power source of a small device, but also as a unit battery in a medium-sized battery module including a plurality of battery cells. Preferable examples of the medium-large-sized device include, but are not limited to, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system.
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳しく説明する。しかし、本発明による実施例はいくつかの形態に変形され得、本発明の範囲が下記で詳述する実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified in several forms, and the scope of the present invention should not be construed to be limited to the embodiments detailed below. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.
<多孔性シリコン粒子の製造>
実施例1
<段階(i):エッチング溶液を用いてSiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に存在する酸化膜層を除去する段階>
粉末状態のシリコンを50℃まで昇温させた8.5Mのフルオロ化水素に含浸した後、これを約30分間撹拌した。この過程を介して粉末状態のシリコン表面に存在する自然酸化膜層(SiO2)を除去してシリコン表面上に金属触媒の無電解メッキ(Electroless metals deposition)がより円滑かつ均一にコーティングされ得る表面処理を施して、酸化膜層が除去されたシリコン粒子を得た。
<Manufacture of porous silicon particles>
Example 1
<Step (i): Step of removing an oxide film layer existing on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles using an etching solution>
After impregnating the powdered silicon with 8.5 M hydrogen fluoride heated to 50 ° C., it was stirred for about 30 minutes. Through this process, a natural oxide film layer (SiO 2 ) present on the silicon surface in a powder state is removed, and a metal catalyst electroless plating can be coated more smoothly and uniformly on the silicon surface. Processing was performed to obtain silicon particles from which the oxide film layer had been removed.
<段階(ii):前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を混合及び撹拌してエッチングすることにより、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子上に非線形気孔を形成させる段階>
前記段階(i)で得た酸化膜層(SiO2)が除去されたシリコンを含む8.5Mのフルオロ化水素が混合された水溶液に、フルオロ化水素と同一体積で製造された15mMの硫酸銅(CuSO4)水溶液を投入して約3時間程度撹拌してエッチングした。この過程を介して酸化膜層(SiO2)が除去されたシリコン表面上に銅が電着されるとともにエッチングが行われた。
<Step (ii): by etching the oxide layer has been removed Si or SiO x (0 <x <2 ) a metal catalyst in an etching solution that contains particles mixed and stirred to, Si or SiO x (0 <x <2) Step of forming nonlinear pores on particle>
15 mM copper sulfate produced in the same volume as hydrogen fluoride in an aqueous solution in which 8.5 M hydrogen fluoride containing silicon from which the oxide film layer (SiO 2 ) obtained in step (i) was removed was mixed. An aqueous solution of (CuSO 4 ) was added and stirred for about 3 hours for etching. Through this process, copper was electrodeposited on the silicon surface from which the oxide film layer (SiO 2 ) was removed, and etching was performed.
前記水溶液状態で多孔性シリコン粒子を、濾過、洗浄及び脱水が同時に可能なフィルタープレス(Filter Press)装備を用いて数回洗浄して残留するフルオロ化水素を除去した。その後、これを濾過及び脱水して150℃程度で約1時間の間乾燥して非線形の気孔等が互いに連結された多孔性シリコン粒子を得た。 In the aqueous solution state, the porous silicon particles were washed several times using a filter press equipped with a filter press capable of simultaneously filtering, washing and dewatering to remove residual hydrogen fluoride. Thereafter, this was filtered and dehydrated, and dried at about 150 ° C. for about 1 hour to obtain porous silicon particles in which non-linear pores were connected to each other.
前記方法で製造された前記多孔性シリコン粒子に残留している銅を除去するため、硝酸を50℃まで昇温させた後、多孔性シリコン粒子を約2時間程度浸して銅を除去した。 In order to remove copper remaining in the porous silicon particles produced by the above method, nitric acid was heated to 50 ° C., and then the porous silicon particles were immersed for about 2 hours to remove copper.
実施例2から6
実施例1の段階(i)で得た酸化膜層(SiO2)が除去されたシリコンを含む8.5Mのフルオロ化水素が混合された水溶液に、フルオロ化水素と同一体積で製造された15mMの硫酸銅(CuSO4)水溶液を投入して、それぞれ約6時間、9時間、12時間、18時間及び24時間程度撹拌したことを除いて、前記実施例1と同じ方法を行って多孔性シリコン粒子を製造した。
Examples 2 to 6
15 mM produced in the same volume as hydrogen fluoride in an aqueous solution in which 8.5 M hydrogen fluoride containing silicon from which the oxide film layer (SiO 2 ) obtained in step (i) of Example 1 was removed was mixed. Porous silicon by performing the same method as in Example 1 except that an aqueous solution of copper sulfate (CuSO 4 ) was added and stirred for about 6 hours, 9 hours, 12 hours, 18 hours, and 24 hours, respectively. Particles were produced.
実施例7
<段階(i):エッチング溶液を用いてSiまたはSiOx(0<x<2)粒子表面に存在する酸化膜層を除去する段階>
粉末状態のシリコンを50℃まで昇温させた17.5Mのフルオロ化水素に浸した後、約30分間撹拌した。この過程を介して粉末状態のシリコン表面に存在する自然酸化膜層(SiO2)を除去してシリコン表面上に金属触媒の無電解メッキ(Electroless metals deposition)がより円滑かつ均一にコーティングされ得る表面処理を施し、酸化膜層が除去されたシリコン粒子を得た。
Example 7
<Step (i): Step of removing an oxide film layer existing on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles using an etching solution>
Powdered silicon was immersed in 17.5 M hydrogen fluoride heated to 50 ° C., and then stirred for about 30 minutes. Through this process, a natural oxide film layer (SiO 2 ) present on the silicon surface in a powder state is removed, and a metal catalyst electroless plating can be coated more smoothly and uniformly on the silicon surface. Processing was performed to obtain silicon particles from which the oxide film layer was removed.
<段階(ii):前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を混合及び撹拌してエッチングすることにより、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子上に非線形気孔を形成させる段階>
前記段階(i)で得た酸化膜層(SiO2)が除去されたシリコンと17.5Mのフルオロ化水素が混合された水溶液に、フルオロ化水素と同一体積で製造された30mMの硫酸銅(CuSO4)水溶液を投入して約1時間程度撹拌した。この過程を介して酸化膜層(SiO2)が除去されたシリコン表面上に銅が均一に電着された。
<Step (ii): by etching the oxide layer has been removed Si or SiO x (0 <x <2 ) a metal catalyst in an etching solution that contains particles mixed and stirred to, Si or SiO x (0 <x <2) Step of forming nonlinear pores on particle>
The aqueous solution obtained by mixing the silicon film obtained in the step (i) from which the oxide film layer (SiO 2 ) has been removed and 17.5 M hydrogen fluoride is mixed with 30 mM copper sulfate (vol. A CuSO 4 ) aqueous solution was added and stirred for about 1 hour. Through this process, copper was uniformly electrodeposited on the silicon surface from which the oxide film layer (SiO 2 ) was removed.
一方、酸化膜層(SiO2)が除去されたシリコンを含む17.5Mのフルオロ化水素が混合された水溶液に、0.5Mの亜リン酸(H3PO3)水溶液をフルオロ化水素の1/3程度の体積で製造した後、これを前記金属電着段階で得た銅が電着されたシリコン水溶液上に投入した。この混合物を50℃で約21時間程度混合すると、化学的エッチングにより銅が電着された部分と亜リン酸により酸化された表面のみ選択的にエッチングさせることにより、非線形気孔等が互いに連結された多孔性シリコンを製造した。 On the other hand, 0.5 M phosphorous acid (H 3 PO 3 ) aqueous solution is mixed with an aqueous solution containing 17.5 M hydrogen fluoride containing silicon from which the oxide film layer (SiO 2 ) has been removed. After being manufactured in a volume of about / 3, this was put on an aqueous silicon solution electrodeposited with copper obtained in the metal electrodeposition step. When this mixture was mixed for about 21 hours at 50 ° C., the non-porous pores and the like were connected to each other by selectively etching only the portion where copper was electrodeposited by chemical etching and the surface oxidized by phosphorous acid. Porous silicon was produced.
このとき、シリコン上に電着された銅は、シリコンを還元させる触媒として用いられ、亜リン酸はシリコンを酸化させる弱酸化剤として用いられて化学的エッチング速度を増加させた。 At this time, copper electrodeposited on silicon was used as a catalyst for reducing silicon, and phosphorous acid was used as a weak oxidizing agent for oxidizing silicon to increase the chemical etching rate.
すなわち、前記弱酸化剤として用いられる亜リン酸は、銅により形成された気孔(pore)の大きさを増加させたり、シリコンの酸化を介して追加気孔(pore)を形成したりする役割を担うことができる。 That is, phosphorous acid used as the weak oxidant plays a role of increasing the size of pores formed by copper or forming additional pores through oxidation of silicon. be able to.
比較例1
実施例1の段階(ii)で硫酸銅(CuSO4)水溶液の代わりに硝酸銀水溶液を用いたことを除いて、前記実施例1と同じ方法を行って多孔性シリコン粒子を製造した。
Comparative Example 1
Porous silicon particles were produced in the same manner as in Example 1 except that an aqueous silver nitrate solution was used in place of the aqueous copper sulfate (CuSO 4 ) solution in step (ii) of Example 1.
比較例2
実施例7の段階(ii)で0.5Mの亜リン酸(H3PO3)水溶液を用いる代わりに、硝酸鉄(Fe(NO3)3)を(またはその他の強酸化剤)用いたことを除いて、前記実施例7と同じ方法を行って多孔性シリコン粒子を製造した。
Comparative Example 2
Instead of using 0.5 M phosphorous acid (H 3 PO 3 ) aqueous solution in step (ii) of Example 7, iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ) (or other strong oxidizing agent) was used. Except for the above, porous silicon particles were produced in the same manner as in Example 7.
比較例3
実施例1の段階(ii)でエッチングを28時間の間行ったことを除いて、前記実施例1と同じ方法を行って多孔性シリコン粒子を製造した。
Comparative Example 3
Porous silicon particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the etching was performed for 28 hours in step (ii) of Example 1.
比較例4
実施例1の段階(ii)でエッチングを1時間の間行ったことを除いて、前記実施例1と同じ方法を行って多孔性シリコン粒子を製造した。
Comparative Example 4
Porous silicon particles were produced in the same manner as in Example 1 except that etching was performed for 1 hour in step (ii) of Example 1.
<リチウム二次電池の製造>
実施例8
前記実施例1で製造された多孔性シリコン系粒子をそれぞれ負極活物質として用いた。前記負極活物質、アセチレンブラックを導電剤及びポリビニリデンフルオライドをバインダとして用いて、70:10:20の重量比で混合し、これらを溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンに混合してスラリーを製造した。製造されたスラリーを銅集電体の一面に30μmの厚さでコーティングし、乾燥及び圧延した後、一定の大きさにパンチングして負極を製造した。
<Manufacture of lithium secondary batteries>
Example 8
The porous silicon-based particles produced in Example 1 were used as negative electrode active materials. The negative electrode active material, acetylene black was mixed in a weight ratio of 70:10:20 using a conductive agent and polyvinylidene fluoride as a binder, and these were mixed with N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a slurry. Manufactured. The prepared slurry was coated on one surface of a copper current collector with a thickness of 30 μm, dried and rolled, and then punched to a certain size to produce a negative electrode.
エチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを30:70の重量比で混合して製造された有機溶媒及び1.0MのLiPF6を含む混合溶媒に、電解液総量を基準に、プルオロエチレンカーボネート10重量%を添加して非水性電解液を製造した。 10% by weight of fluorethylene carbonate is added to a mixed solvent containing ethylene carbonate and diethyl carbonate mixed at a weight ratio of 30:70 and 1.0M LiPF 6 based on the total amount of electrolyte. Thus, a non-aqueous electrolyte was produced.
対電極(counter electrode)としてリチウム金属ホイル(foil)を用いており、両電極の間にポリオレフィン分離膜を介在させた後、前記電解液を注入してコイン型半電池を製造した。 A lithium metal foil was used as a counter electrode. A polyolefin separation membrane was interposed between the two electrodes, and then the electrolyte was injected to manufacture a coin-type half-cell.
実施例9から14
負極活物質として、前記実施例1で製造された多孔性シリコン系粒子を用いる代わりに実施例2から7で製造された多孔性シリコン系粒子を用いたことを除いて、前記実施例8と同じ方法でコイン型半電池を製造した。
Examples 9 to 14
Same as Example 8 except that the porous silicon-based particles manufactured in Examples 2 to 7 were used instead of the porous silicon-based particles manufactured in Example 1 as the negative electrode active material. A coin-shaped half-cell was manufactured by this method.
実施例15
負極活物質として、前記実施例5で製造された多孔性シリコン粒子に10重量%の炭素をコーティングし、炭素コーティングされた多孔性シリコン粒子及び黒鉛を50:50の割合で混合した負極活物質を用いたことを除いて、前記実施例8と同じ方法でコイン型半電池を製造した。
Example 15
As the negative electrode active material, a negative electrode active material obtained by coating the porous silicon particles manufactured in Example 5 with 10% by weight of carbon and mixing the carbon-coated porous silicon particles and graphite in a ratio of 50:50. A coin-shaped half battery was manufactured in the same manner as in Example 8 except that it was used.
比較例5
負極活物質として、前記実施例1で製造された多孔性シリコン系粒子を用いる代わりに純粋Si粒子を用いたことを除いて、前記実施例8と同じ方法でコイン型半電池を製造した。
Comparative Example 5
A coin-type half battery was manufactured in the same manner as in Example 8 except that pure Si particles were used instead of the porous silicon-based particles manufactured in Example 1 as the negative electrode active material.
比較例6から9
負極活物質として、前記実施例1で製造された多孔性シリコン系粒子を用いる代わりに比較例1から4で製造された多孔性シリコン系粒子を用いたことを除いて、前記実施例8と同じ方法でコイン型半電池を製造した。
Comparative Examples 6 to 9
Same as Example 8 except that the porous silicon-based particles manufactured in Comparative Examples 1 to 4 were used instead of the porous silicon-based particles manufactured in Example 1 as the negative electrode active material. A coin-shaped half-cell was manufactured by this method.
比較例10
負極活物質として比較例4で製造された多孔性シリコン粒子に10重量%の炭素をコーティングし、炭素コーティングされた多孔性シリコン粒子及び黒鉛を50:50の割合で混合した負極活物質を用いたことを除いて、前記実施例8と同じ方法でコイン型半電池を製造した。
Comparative Example 10
As the negative electrode active material, 10% by weight of carbon was coated on the porous silicon particles produced in Comparative Example 4, and the negative electrode active material in which the carbon-coated porous silicon particles and graphite were mixed at a ratio of 50:50 was used. Except for this, a coin-type half battery was manufactured in the same manner as in Example 8.
実験例1
<SEM顕微鏡写真>
前記実施例1から6で得たエッチング時間による多孔性シリコン系粒子に含まれる非線形気孔の表面形状を走査電子顕微鏡(SEM)写真で確認した。その結果を図3に示した。
Experimental example 1
<SEM micrograph>
The surface shape of the nonlinear pores contained in the porous silicon-based particles according to the etching time obtained in Examples 1 to 6 was confirmed with a scanning electron microscope (SEM) photograph. The results are shown in FIG.
図3を検討してみれば、エッチングを3時間の間行った実施例1の多孔性シリコン粒子の表面に気孔が形成されることが確認でき、実施例2から6のようにエッチング時間を6時間、9時間、12時間、18時間及び24時間でエッチング時間を増加させるのに伴い、粒子に形成される気孔形成程度と気孔の直径が増加する傾向を表した。 Examining FIG. 3, it can be confirmed that pores are formed on the surface of the porous silicon particles of Example 1 which was etched for 3 hours, and the etching time was 6 as in Examples 2 to 6. As the etching time was increased over time, 9 hours, 12 hours, 18 hours, and 24 hours, the degree of pore formation formed in the particles and the diameter of the pores increased.
また、エッチング時間が6時間以上行った実施例2から6の多孔性シリコン系粒子に含まれる非線形気孔等は、少なくとも二つ以上の気孔等が互いに連結されていることが確認できる。 Further, it can be confirmed that at least two or more pores and the like are connected to each other in the non-linear pores included in the porous silicon-based particles of Examples 2 to 6 where the etching time is 6 hours or more.
一方、エッチングを24時間程度行った実施例6の場合、多孔性シリコン粒子に含まれた非線形気孔等が互いにほぼ連結されていることが確認でき、気孔の深さもエッチングを24時間程度行った実施例6が最も深くなっていることを確認した。 On the other hand, in the case of Example 6 where etching was performed for about 24 hours, it was confirmed that the non-linear pores contained in the porous silicon particles were almost connected to each other, and the pore depth was also measured for about 24 hours. It was confirmed that Example 6 was deepest.
これはエッチングされる時間が経つにつれて、フルオロ化水素によってシリコン表面に電着される金属触媒である銅の大きさが大きくなるため、粒子の非線形気孔の深さも増加したものと判断される。 This is considered to be due to the fact that the size of copper, which is a metal catalyst that is electrodeposited on the silicon surface by hydrogen fluoride, increases as the etching time elapses, and therefore the depth of the nonlinear pores of the particles also increases.
一方、弱酸化剤である亜リン酸(H3PO3)を用いてエッチングを行った実施例7の多孔性シリコン粒子の表面形状を走査電子顕微鏡(SEM)で確認した。その結果を図4に示した。 On the other hand, the surface shape of the porous silicon particles of Example 7 etched using phosphorous acid (H 3 PO 3 ), which is a weak oxidant, was confirmed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIG.
図4で確認できるように、多孔性シリコン粒子の全体に多数の非線形気孔が形成されており、前記非線形気孔は粒子表面で開気孔に形成されたことを観察することができた。また、形成された非線形気孔の平均直径は、数十ナノメートルから数百ナノメートル程度であることを確認した。 As can be confirmed in FIG. 4, a large number of non-linear pores were formed in the entire porous silicon particle, and it was observed that the non-linear pores were formed as open pores on the particle surface. The average diameter of the formed non-linear pores was confirmed to be about several tens of nanometers to several hundreds of nanometers.
一般的な化学的エッチング法の触媒として用いられる銀と比べると、触媒が接触した部分のみエッチングが起こる共通点はあるが、銀を触媒として用いる場合にはシリコン表面で垂直方向にエッチングが起こり、線形のワイヤ形態を形成することができる(図2及び図6参照)。 Compared to silver used as a catalyst for general chemical etching methods, there is a common point that etching occurs only at the part where the catalyst contacts, but when silver is used as a catalyst, etching occurs vertically on the silicon surface, A linear wire configuration can be formed (see FIGS. 2 and 6).
これに反して、本発明の実施例のように、銅を触媒として用いた場合には、銅結晶の形態が四角形状であるため、四角形の形態で銅電着が起こり、エッチングがシリコン結晶性に影響を受けないので、一定の方向性のない非線形気孔の形態でエッチングが起こることを確認することができる。 On the other hand, when copper is used as a catalyst as in the embodiment of the present invention, the copper crystal form is square, so that copper electrodeposition occurs in the square form, and the etching is silicon crystalline. Therefore, it can be confirmed that etching occurs in the form of non-linear pores having no fixed direction.
また、図5は、実施例7で得た多孔性シリコン粒子の断面切断後の内部断面の電子顕微鏡写真である。 FIG. 5 is an electron micrograph of the internal cross section of the porous silicon particles obtained in Example 7 after cutting the cross section.
前記実施例7で製造された多孔性シリコン粒子の内部断面形状を確認するため、アルゴンイオンミーリング装備(Ar−ion milling)を用いて、多孔性シリコン粒子の断面切断後、電子顕微鏡で内部断面を分析した。 In order to confirm the internal cross-sectional shape of the porous silicon particles produced in Example 7, the cross-section of the porous silicon particles was cut using an argon ion milling equipment (Ar-ion milling), and then the internal cross-section was observed with an electron microscope. analyzed.
図5を検討してみれば、前記実施例7で製造された多孔性シリコン粒子は内部まで気孔が形成されていることを確認し、多孔性シリコン粒子の内部に一定の方向性がなく非線形気孔等が互いに連結されて形成されたことが確認できた。 If FIG. 5 is examined, it is confirmed that the porous silicon particles manufactured in Example 7 have pores formed therein, and there is no fixed directionality inside the porous silicon particles. Etc. were confirmed to be connected to each other.
多孔性シリコン粒子の内/外部に形成された気孔の平均直径を比べてみると、内部に形成された気孔の平均直径が外部に形成された気孔平均直径よりも小さい傾向を表すことを確認した。 When comparing the average diameter of the pores formed inside / outside of the porous silicon particles, it was confirmed that the average diameter of the pores formed inside showed a tendency to be smaller than the average diameter of the pores formed outside. .
これは、銅触媒がシリコンの結晶方向による影響が殆どなく、一定の方向性なしにエッチングが起こり、エッチングされる形状が多孔性シリコン粒子の中心方向の内部に入るほど、非線形のコーン(cone)タイプのエッチングが起こったものと判断される。 This is because the copper catalyst is hardly affected by the crystal orientation of silicon, etching occurs without a certain directionality, and the more the etched shape enters the center of the porous silicon particle, the more nonlinear the cone. It is determined that a type of etching has occurred.
また、亜リン酸による追加の気孔形成及び気孔等間の活発な連結によって、多孔性シリコン粒子表面に比べて、粒子の中心方向に沿って内部の気孔の平均直径が漸次的に小さくなる傾向を表すことを予測することができる。 In addition, due to the additional pore formation by phosphorous acid and active connection between pores, the average diameter of internal pores tends to gradually decrease along the center direction of the particles compared to the porous silicon particle surface. It can be predicted to represent.
これに反して、比較例1で製造されたシリコン系粒子の内部断面図を示す図6を検討してみれば、シリコン表面で垂直方向にエッチングが起こり、気孔が線形に形成されることが確認できる。 On the other hand, when FIG. 6 showing the internal cross-sectional view of the silicon-based particles produced in Comparative Example 1 is examined, it is confirmed that etching occurs in the vertical direction on the silicon surface and the pores are linearly formed. it can.
実験例2:多孔性シリコン系粒子の物性の測定
実施例1から6で製造された多孔性シリコン系粒子のタブ密度(g/cc)、総水銀浸透量(mL/g)、バルク密度(g/cc)及び気孔率(%)を測定して下記表1に示した。
Experimental Example 2: Measurement of physical properties of porous silicon-based particles Tab density (g / cc), total mercury penetration (mL / g), bulk density (g) of the porous silicon-based particles produced in Examples 1 to 6 / Cc) and porosity (%) were measured and shown in Table 1 below.
<タブ密度の測定>
タブ密度は、実施例1から6で得た多孔性シリコン系粒子を容器に充填した後、一定の条件で振動させて得られる粒子の見掛け密度を測定したものである。
<Measurement of tab density>
The tab density is obtained by measuring the apparent density of particles obtained by filling the porous silicon-based particles obtained in Examples 1 to 6 into a container and then vibrating them under certain conditions.
<総水銀浸透量(Mercury porosimetry)の測定>
一方、総水銀浸透量(mL/g)は、水銀ポロシメータ(機器名:AutoPore VI 9500, Micromerities, USA)を用いて測定した。
<Measurement of total mercury penetration (Mercury porosity)>
On the other hand, the total mercury penetration (mL / g) was measured using a mercury porosimeter (device name: AutoPore VI 9500, Micromerities, USA).
微細な気孔に液体が浸透する毛細管現象を用いたものであって、水銀のようなノンウェッティング(non−wetting)液体は外部から圧力が加えられてこそ浸透が起こり、気孔の大きさが小さいほど高い圧力が要求される。測定結果は、圧力(または気孔の大きさ)によって浸透される水銀の累積体積の関数として示すことができる。 Capillary phenomenon in which liquid penetrates into fine pores. Non-wetting liquid such as mercury penetrates only when pressure is applied from the outside, and the pore size is small. High pressure is required. The measurement results can be shown as a function of the cumulative volume of mercury that is permeated by pressure (or pore size).
作動原理
多孔性シリコン粒子を毛細管(penetrometer)に入れてシーリング(sealing)した後、真空を加えて水銀を満たした。毛細管に圧力が加えられれば、水銀が多孔性シリコン粒子の気孔内に浸透して毛細管の水銀の高さが減少するが、この減少を圧力の関数として測定すれば気孔に浸透した水銀の体積が分かる。水銀の浸透結果は、気孔半径または浸透圧力と試片質量当たり浸透された累積体積で表すことができる。
Principle of operation Porous silicon particles were placed in a capillary and sealed, and then a vacuum was applied to fill the mercury. When pressure is applied to the capillary, mercury penetrates into the pores of the porous silicon particles and the height of the mercury in the capillary decreases, but if this reduction is measured as a function of pressure, the volume of mercury that has penetrated into the pores is reduced. I understand. Mercury penetration results can be expressed in terms of pore radius or osmotic pressure and cumulative volume permeated per specimen mass.
水銀は、圧力が低いとき、粒子間の気孔に浸透するようになるので、気孔の大きさは圧力が増加するに伴い小さくなり得る。多孔質の粉末で成型した試片では、このような気孔等によって浸透累積曲線はバイモーダル(bimodal)曲線になり得る。 Since mercury becomes penetrating into the pores between the particles when the pressure is low, the pore size can become smaller as the pressure increases. In the specimen molded with porous powder, the permeation cumulative curve can be a bimodal curve due to such pores.
<バルク密度の測定>
多孔性シリコン系粒子のバルク密度は、総水銀浸透量(Mercury porosimetry)測定時に圧力が最大である際、すなわち、これ以上水銀が浸透しない際に全体浸透体積を用いて求めることができる。
<Measurement of bulk density>
The bulk density of the porous silicon-based particles can be determined by using the total permeation volume when the pressure is maximum at the time of measuring the total mercury penetration (Mercury porosity), that is, when mercury does not permeate any more.
<気孔率の測定>
一方、前記実施例1から6で得た多孔性シリコン系粒子の気孔率を、下記数学式(1)を用いて計算した。
気孔率(%)={1−(実施例1から6の多孔性シリコン粒子のバルク密度/純粋シリコン粒子のバルク密度)}×100 (1)
On the other hand, the porosity of the porous silicon-based particles obtained in Examples 1 to 6 was calculated using the following mathematical formula (1).
Porosity (%) = {1− (bulk density of porous silicon particles of Examples 1 to 6 / bulk density of pure silicon particles)} × 100 (1)
前記表1で確認できるように、3時間から24時間の間エッチングして非線形気孔を形成した実施例1から6の多孔性シリコン系粒子の気孔率は、約11%から39%であった。特に、24時間の間エッチングして非線形気孔を形成した実施例6の多孔性シリコン系粒子の場合、多孔性処理を施さない純粋Si粒子に比べて気孔率が約40%に近い気孔率をみせた。 As can be seen from Table 1, the porosity of the porous silicon-based particles of Examples 1 to 6 in which nonlinear pores were formed by etching for 3 to 24 hours was about 11% to 39%. In particular, in the case of the porous silicon-based particles of Example 6 in which nonlinear pores are formed by etching for 24 hours, the porosity is close to about 40% compared to pure Si particles not subjected to the porous treatment. It was.
一方、Si粒子はタブ密度が1.02(g/cc)であり、バルク密度が0.85(g/cc)であるのに反して、実施例1から6の多孔性シリコン系粒子は前記タブ密度及びバルク密度より減少した。 On the other hand, the Si particles have a tab density of 1.02 (g / cc) and a bulk density of 0.85 (g / cc), whereas the porous silicon-based particles of Examples 1 to 6 are Reduced from tab density and bulk density.
また、総水銀浸透量はSi粒子が0.53g/ccであり、実施例1から6は0.64から1.19g/ccであって、前記Si粒子に比べて著しく増加した。 Further, the total mercury penetration amount was 0.53 g / cc for Si particles, and Examples 1 to 6 were 0.64 to 1.19 g / cc, which was remarkably increased as compared with the Si particles.
特に、エッチングが18時間及び24時間の間行われた実施例5及び6の場合、それぞれ1.05g/cc及び1.19g/ccであって、Si粒子に比べて2倍以上増加することを表した。 In particular, in the case of Examples 5 and 6 where the etching was performed for 18 hours and 24 hours, they were 1.05 g / cc and 1.19 g / cc, respectively, which is more than double that of Si particles. expressed.
これに反して、実施例1と同一のエッチング時間であったが、硝酸銀水溶液を用いた比較例1の場合、気孔率が9.5%であって、実施例1に比べて著しく減少することが分かる。 On the other hand, the etching time was the same as in Example 1, but in the case of Comparative Example 1 using an aqueous silver nitrate solution, the porosity was 9.5%, which was significantly reduced compared to Example 1. I understand.
一方、エッチング時間を28時間の間行った比較例3の場合、エッチング溶液のみ消耗しただけで、過多なエッチング時間による効果がなく、エッチングを1時間のみ行った比較例1の場合、気孔率が7.1%であって、十分な気孔を形成することができなかった。 On the other hand, in the case of Comparative Example 3 in which the etching time was performed for 28 hours, only the etching solution was consumed, and there was no effect due to the excessive etching time. In the case of Comparative Example 1 in which the etching was performed for only 1 hour, the porosity was It was 7.1%, and sufficient pores could not be formed.
また、本発明の実施例1から6が純粋Si粒子に比べてタブ密度とバルク密度が減少し、総水銀浸透量が増加するとのことは、エッチング時間が増加するによって形成された非線形気孔の深さが深くなり、多数の非線形気孔が形成されたものと判断される。 In addition, in Examples 1 to 6 of the present invention, the tab density and the bulk density decrease as compared with pure Si particles, and the total mercury penetration increases, indicating that the depth of the non-linear pores formed as the etching time increases. It is determined that a large number of nonlinear pores were formed.
一方、前記弱酸化剤を用いてエッチングを行った実施例7で得た多孔性シリコン粒子の物性特性を確認するため、タブ密度(Tap density,g/cc)、BET比表面積(BET surface area,m2/g)及び粒度分析(Particle size distribution)を行い、その結果を下記表2に示した。 On the other hand, in order to confirm the physical properties of the porous silicon particles obtained in Example 7 etched using the weak oxidizing agent, the tab density (Tap density, g / cc), the BET specific surface area (BET surface area, m 2 / g) and particle size distribution (Particle size distribution) were performed, and the results are shown in Table 2 below.
<タブ密度の測定>
このとき、タブ密度測定は、前記実施例1から6の多孔性シリコン系粒子のタブ密度の測定と同じ方法で行った。
<Measurement of tab density>
At this time, the tab density measurement was performed by the same method as the measurement of the tab density of the porous silicon-based particles of Examples 1 to 6.
<比表面積の測定>
前記実施例7の多孔性シリコン系粒子の比表面積はBET(Brunauer−Emmett−Teller;BET)法で測定することができる。例えば、気孔分布測定器(Porosimetry analyzer; Bell Japan Inc, Belsorp−II mini)を用いて窒素ガス吸着流通法によってBET6点法で測定した。
<Measurement of specific surface area>
The specific surface area of the porous silicon-based particles of Example 7 can be measured by the BET (Brunauer-Emmett-Teller; BET) method. For example, the BET 6-point method was measured by a nitrogen gas adsorption flow method using a pore distribution analyzer (Bello Japan Inc., Belsorb-II mini).
<粒度分布の測定>
一方、実施例7の多孔性シリコン系粒子の粒度分布は、多孔性シリコン系粒子の平均粒径の分布であって、Dmin、D10、D50、D90、Dmaxを測定しており、Dmin、D10、D50、D90、Dmaxはそれぞれ粒径分布の10%未満、10%、50%、90%及び90%超過した基準における粒径を意味する。
<Measurement of particle size distribution>
On the other hand, the particle size distribution of the porous silicon-based particles of Example 7 is the average particle size distribution of the porous silicon-based particles, and D min , D 10 , D 50 , D 90 , and D max are measured. , D min , D 10 , D 50 , D 90 , and D max mean the particle diameters on the basis of less than 10%, 10%, 50%, 90%, and 90% exceeding the particle size distribution, respectively.
前記実施例7の多孔性シリコン系粒子の粒度分布は、レーザ回折粒度法(Laser Diffraction Method:Microtrac MT 3000)を用いて測定した。
前記表2で分かるように、実施例7で得た多孔性シリコン粒子のタブ密度は0.61g/ccであり、Si粒子は1.02g/ccであって、実施例7の多孔性シリコン粒子のタブ密度がSi粒子に比べて0.41g/cc程度減少することが確認できる。 As can be seen from Table 2, the tab density of the porous silicon particles obtained in Example 7 was 0.61 g / cc, and the Si particles were 1.02 g / cc. It can be confirmed that the tab density is reduced by about 0.41 g / cc compared to the Si particles.
これは、前記実験例1の走査電子顕微鏡(SEM)写真でみえるように、実施例7で得た多孔性シリコン粒子に気孔が形成されているとのことを推測することができる。 As can be seen from the scanning electron microscope (SEM) photograph of Experimental Example 1, it can be assumed that pores are formed in the porous silicon particles obtained in Example 7.
一方、前記表2で分かるように、BET比表面積が実施例7で製造された多孔性シリコン粒子が20.87m2/g、Si粒子が1.56m2/gであって、実施例7で製造された多孔性シリコン粒子はSi粒子に比べて約13倍程度増加した。 On the other hand, as can be seen in Table 2, the BET specific surface area was 20.87 m 2 / g for the porous silicon particles produced in Example 7, and 1.56 m 2 / g for the Si particles. The produced porous silicon particles increased about 13 times compared to the Si particles.
これは実施例7とSi粒子が同一の粒径分布を表すため、気孔形成による比表面積の増加と判断される。 This is considered to be an increase in the specific surface area due to the formation of pores, because Example 7 and Si particles exhibit the same particle size distribution.
実験例3:水銀浸透法(Hg porosimeter)分析
図7は、水銀浸透法(Mercury porosimeter)分析を介した実施例1から6で製造された多孔性シリコンの気孔分布を示した図である。
Experimental Example 3: Mercury penetration method analysis FIG. 7 is a diagram showing the pore distribution of the porous silicon produced in Examples 1 to 6 through a mercury penetration method analysis.
図7を検討してみれば、前記多孔性シリコン系粒子は水銀ポロシメータ(Mercury porosimeter)によって測定される気孔への水銀の浸入量変化率が約30nmから2500nmの間の気孔の平均直径でピークを示した。 Considering FIG. 7, the porous silicon-based particles have a peak at an average diameter of pores between about 30 nm and 2500 nm where the rate of change of mercury intrusion into the pores is measured by a mercury porosimeter. Indicated.
図7のグラフの二つの拡大グラフを検討してみれば、800nmから2000nm、及び50nmから600nmの気孔の平均直径におけるピークが表れた。ここで、800nmから2000nmの気孔の平均直径におけるピークは、多孔性シリコン粒子と粒子間の空隙に対するピークであり、50nmから600nmの気孔の平均直径におけるピークは多孔性シリコン粒子に含まれる非線形気孔に対するピークである。 When the two enlarged graphs of the graph of FIG. 7 were examined, peaks at average diameters of pores of 800 nm to 2000 nm and 50 nm to 600 nm appeared. Here, the peak in the average diameter of the pores from 800 nm to 2000 nm is a peak with respect to the void between the porous silicon particles, and the peak in the average diameter of the pores from 50 nm to 600 nm is with respect to the nonlinear pores contained in the porous silicon particles. It is a peak.
前記50nmから500nmの気孔の平均直径における水銀の総浸入量(intrusion volume)は0.5mL/gから1.2mL/gであることが確認できた。 It was confirmed that the total intrusion volume of mercury at the average diameter of the 50 nm to 500 nm pores was 0.5 mL / g to 1.2 mL / g.
また、図7を検討してみれば、実施例1から6のようにエッチング時間が3時間、6時間、9時間、12時間、18時間及び24時間であって、エッチング時間が増加するに伴い気孔体積が増加することが確認できた。特に、24時間の間エッチングした実施例6の多孔性シリコン粒子が最も高い気孔体積を表すことを確認した。 Further, if FIG. 7 is examined, the etching time is 3 hours, 6 hours, 9 hours, 12 hours, 18 hours, and 24 hours as in Examples 1 to 6, and as the etching time increases. It was confirmed that the pore volume increased. In particular, it was confirmed that the porous silicon particles of Example 6 etched for 24 hours exhibited the highest pore volume.
また、実施例1から6の多孔性シリコン粒子において、気孔の平均直径分布は、エッチング時間が3時間から18時間までは20nmから100nmのメソ気孔(mesopore)とマクロ気孔(macropore)が共存された形態の気孔頒布を示しており、エッチング時間が増加するほど50nm以上のマクロ気孔(macropore)の分布が増加するものと確認された。これは、エッチング時間が増加するほど形成された気孔同士に互いに連結されたためであると判断される。 Further, in the porous silicon particles of Examples 1 to 6, the average pore diameter distribution was such that mesopores and macropores of 20 nm to 100 nm coexisted from 3 hours to 18 hours of etching time. It is confirmed that the distribution of macropores of 50 nm or more increases as the etching time increases. This is considered to be because the pores formed are connected to each other as the etching time increases.
また、18時間の間エッチングした実施例5の多孔性シリコン粒子は、殆ど気孔頒布が50nm以上のマクロ気孔を形成するものと確認された。 Further, it was confirmed that the porous silicon particles of Example 5 etched for 18 hours almost formed macropores having a pore distribution of 50 nm or more.
一方、24時間の間エッチングした実施例6の多孔性シリコン粒子は、気孔等同士に互いに殆ど結合されて連結された気孔形態を示すものと判断される。 On the other hand, it is judged that the porous silicon particles of Example 6 etched for 24 hours show a pore form in which the pores are almost bonded to each other and connected to each other.
実験例4:寿命特性及び厚さ変化率の分析
前記実施例8から15、及び比較例5から10で製造された二次電池の寿命特性及び厚さ変化率を調べるために下記のような実験を行った。
Experimental Example 4: Analysis of life characteristics and thickness change rate The following experiments were conducted to examine the life characteristics and thickness change rates of the secondary batteries manufactured in Examples 8 to 15 and Comparative Examples 5 to 10. Went.
リチウム二次電池の寿命特性は、1サイクル目は0.1Cで充放電を行い、それ以後のサイクルは0.5Cで充放電を行った。1サイクル目の放電容量に対する49サイクル目の放電容量の割合を測定した。厚さ変化率は50サイクル目の充電状態でリチウム二次電池をそれぞれ分解して電極厚さを測定した後、1サイクル目前の電極厚さと比べた。 As for the life characteristics of the lithium secondary battery, charging / discharging was performed at 0.1 C in the first cycle, and charging / discharging was performed at 0.5 C in the subsequent cycles. The ratio of the discharge capacity at the 49th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle was measured. The thickness change rate was compared with the electrode thickness before the first cycle after each lithium secondary battery was disassembled in the charged state at the 50th cycle and the electrode thickness was measured.
下記表3は、実施例8から15、及び比較例5から10で製造された二次電池の寿命特性及び厚さ変化率を示したものである。
−厚さ変化率:(50サイクル目の充電状態における電極厚さ−1サイクル目前の電極厚さ)/1サイクル目前の電極厚さ×100
Table 3 below shows the life characteristics and thickness change rates of the secondary batteries manufactured in Examples 8 to 15 and Comparative Examples 5 to 10.
-Thickness change rate: (electrode thickness in charge state at 50th cycle-electrode thickness before 1 cycle) / electrode thickness before 1 cycle x 100
前記表3で確認できるように、本発明の実施例8から15の二次電池が比較例5から10に比べて二次電池の寿命特性及び厚さ変化率において全般的に著しく優れていることが確認できる。 As can be seen in Table 3, the secondary batteries of Examples 8 to 15 of the present invention are generally significantly superior in the life characteristics and thickness change rate of the secondary batteries as compared with Comparative Examples 5 to 10. Can be confirmed.
具体的に検討してみれば、特にエッチングを3時間の間行った実施例8と比較例6を比べてみると、金属触媒として硫酸銅水溶液を用いた実施例8は硝酸銀を用いた比較例6に比べて厚さ変化率が減少されることが確認できる。 Specifically, when comparing Example 8 in which etching was performed for 3 hours with Comparative Example 6, Example 8 using an aqueous copper sulfate solution as a metal catalyst was a comparative example using silver nitrate. It can be confirmed that the rate of change in thickness is reduced compared to 6.
また、エッチングを21時間の間行った実施例14及び比較例7を比べてみると、弱酸化剤の亜リン酸を用いた実施例14が強酸化剤の硝酸鉄を用いた比較例7に比べて寿命特性及び厚さ変化率が全て優れていた。 Further, comparing Example 14 and Comparative Example 7 in which etching was performed for 21 hours, Example 14 using phosphorous acid as a weak oxidizing agent was compared with Comparative Example 7 using iron nitrate as a strong oxidizing agent. In comparison, the life characteristics and thickness change rate were all excellent.
一方、実施例15のように10重量%の炭素コーティングをした多孔性シリコン粒子と黒鉛を混合した場合、寿命特性が90%であり、厚さ変化率が120%であって、二次電池の性能が著しく向上したことが分かる。 On the other hand, when porous silicon particles coated with 10% by weight of carbon and graphite were mixed as in Example 15, the life characteristics were 90%, the thickness change rate was 120%, and the secondary battery It can be seen that the performance has improved significantly.
これに反して、1時間の間のみエッチングを行った比較例9の場合、厚さ変化率が300%であって、十分でない気孔形成により充放電時の体積膨張を減少させ得ないことが確認できた。 On the other hand, in the case of Comparative Example 9 where etching was performed for only one hour, the rate of change in thickness was 300%, and it was confirmed that volume expansion during charge / discharge could not be reduced due to insufficient pore formation. did it.
本発明の一実施形態による多孔性シリコン系粒子は、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子が複数の非線形気孔を含むことにより、負極活物質スラリー内の分散をさらに容易にすることができ、電解液との副反応を最少化することができ、充放電時の体積膨張を減らすことができるので、二次電池分野に有用に用いられ得る。 In the porous silicon-based particles according to an embodiment of the present invention, Si or SiO x (0 <x <2) particles may include a plurality of nonlinear pores, thereby further facilitating dispersion in the negative electrode active material slurry. In addition, side reactions with the electrolyte can be minimized, and volume expansion during charge / discharge can be reduced. Therefore, it can be usefully used in the field of secondary batteries.
Claims (38)
前記粒子は、複数の非線形気孔を含み、
前記複数の非線形気孔は、粒子表面で開気孔(open pores)に形成されており、
前記複数の非線形気孔の平均直径は、前記粒子の中心方向に沿って漸次的に減少する多孔性シリコン系粒子。 Si or SiO x (0 <x <2) particles are included,
The particles include a plurality of nonlinear pores;
The plurality of non-linear pores are formed as open pores on the particle surface ,
Porous silicon-based particles in which the average diameter of the plurality of non-linear pores gradually decreases along the center direction of the particles.
前記コア部上に複数の非線形気孔を含むSiまたはSiOxシェル部を含み、前記シェル部の表面は開気孔(open pores)を有する多孔性シリコン系粒子。 Including a core portion including Si or SiO x (0 <x <2),
Porous silicon-based particles including a Si or SiO x shell portion including a plurality of nonlinear pores on the core portion, and a surface of the shell portion having open pores.
前記酸化膜層が除去されたSiまたはSiOx(0<x<2)粒子が含まれているエッチング溶液に金属触媒を混合及び撹拌してエッチングすることにより、SiまたはSiOx(0<x<2)粒子上に非線形気孔を形成させる段階と
を含む多孔性シリコン系粒子の製造方法。 Removing an oxide layer present on the surface of Si or SiO x (0 <x <2) particles using an etching solution;
A metal catalyst is mixed and stirred in the etching solution containing Si or SiO x (0 <x <2) particles from which the oxide film layer has been removed, thereby etching Si or SiO x (0 <x <. 2) A method for producing porous silicon-based particles, comprising the step of forming nonlinear pores on the particles.
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