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公開番号2025120919
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-18
出願番号2024201904
出願日2024-11-19
発明の名称炭素系ナノ複合体を含む二次電池負極用コーティング液の製造方法
出願人キム,ホンキ
代理人個人,個人
主分類H01M 4/1395 20100101AFI20250808BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】炭素系ナノ複合体でカプセル化された複合コーティング液を用いて、二次電池の容量拡大効果とエネルギー密度増加を図ることができるようにする、炭素系ナノ複合体を含む二次電池負極用コーティング液及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、a)炭素系ナノ複合体を製造するステップと、b)炭素ナノチューブと伝導性添加剤とを含む複合分散液を製造するステップと、c)前記複合分散液に前記炭素系ナノ複合体を混合して複合コーティング液を製造するステップと、を含んでなることを特徴とする、二次電池負極用コーティング液の製造方法を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ａ）炭素系ナノ複合体を製造するステップと、
ｂ）炭素ナノチューブと伝導性添加剤とを含む複合分散液を製造するステップと、
ｃ）前記複合分散液に前記炭素系ナノ複合体を混合して複合コーティング液を製造するステップと、を含み、
前記ステップａ）は、
ａ－１）シリコンナノ粒子を製造するステップと、ａ－２）炭素系ナノ材料に表面処理剤を添加し、表面処理された炭素ナノ構造体を製造するステップと、ａ－３）前記シリコンナノ粒子に前記表面処理された炭素ナノ構造体とバインダーを添加した後、ミリングするステップと、を含んでなることを特徴とする、二次電池負極用コーティング液の製造方法。
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
前記ステップａ－３）で、導電性金属－膨張黒鉛複合体粒子をさらに添加した後、ミリングすることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池負極用コーティング液の製造方法。
【請求項３】
前記ステップａ－１）のシリコンナノ粒子は、０．１～１５０ｎｍの粒径を有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池負極用コーティング液の製造方法。
【請求項４】
前記炭素ナノチューブは、単層炭素ナノチューブ（ｓｉｎｇｌｅｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ、ＳＷＮＴ）、二層炭素ナノチューブ（ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ、ＤＷＮＴ）、薄い多層炭素ナノチューブ（ｔｈｉｎｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）または多層炭素ナノチューブ（ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ、ＭＷＮＴ）の中から選択される少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池負極用コーティング液の製造方法。
【請求項５】
前記伝導性添加剤は、ポリアクリル酸、黒鉛および水を含むことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池負極用コーティング液の製造方法。
【請求項６】
前記導電性金属は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池負極用コーティング液の製造方法。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたコーティング液。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素系ナノ複合体を含む二次電池負極用コーティング液の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池負極活物質として天然黒鉛の代わりに人造黒鉛を使用すると、構造的安定性をさらに向上させることができるため最近多く使用されているが、天然黒鉛に比べて価格が高いという欠点がある。短期的には黒鉛が負極活物質として使用される見通しであるが、理論貯蔵容量である３７２ｍＡｈ／ｇに近づくと、もはや電池の充電容量を高めることができない限界値に達したので、これを克服するために新たな負極活物質についての研究が盛んに行われている。このように負極活物質がリチウムイオン電池の性能限界値を決定する極限に来ているため、材料自体の特性と電極に形成するときの形態も電池の容量と性能に大きな影響を及ぼすという事実が重要である。リチウムの貯蔵容量を高めるための試みの一つは、シリコン素材を負極活物質に置き換えることである。既存の黒鉛は、６つの炭素原子と１つのリチウム原子が結合する構造のＬｉＣ
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の形態であるが、シリコン素材の負極活物質は、４１５℃で５つのシリコン原子にリチウム原子が最大２２個結合する構造のＬｉ
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Ｓｉ
５
で構成されているので、理論的には、黒鉛の１１倍に近い容量、すなわち４，２００ｍＡｈ／ｇを持つことができるため、多くの関心が寄せられてきたが、問題は、リチウム挿入によるシリコンの体積膨張（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）が初期比３１０％まで増大する深刻な問題が存在することである。これは、電池を膨らませ、分離膜を解体させながら電池の安全性に問題を発生させる。もちろん、常温では、４つのシリコン原子に１５個のリチウム原子が結合する構造のＬｉ
１５
Ｓｉ
４
で構成されており、体積膨張が高温に対してやや減少するが、依然として２８０％の体積膨張が存在する。
さらに、リチウムが抜け出しながら体積縮小が生じることにより割れる現象が発生して貯蔵容量が急速に減少するという問題が発生する。これを解決するために、シリコン酸化物方式やシリコンを炭素でコーティングする方式などの様々な解決策を提示しつつ研究しているが、シリコンのエネルギー密度が減少する本来の問題を解決することができないという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
韓国登録特許第１０－２５７２３５２号公報（２０２３年８月２４日登録）
韓国登録特許第１０－１８９６１０３号公報（２０１８年８月３１日登録）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、炭素系ナノ複合体でカプセル化された複合コーティング液を用いて、二次電池の容量拡大効果とエネルギー密度増加を図ることができるようにする、炭素系ナノ複合体を含む二次電池負極用コーティング液及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の炭素系ナノ複合体を含む二次電池負極用コーティング液は、ａ）炭素系ナノ複合体を製造するステップと、ｂ）炭素ナノチューブと伝導性添加剤とを含む複合分散液を製造するステップと、ｃ）前記複合分散液に前記炭素系ナノ複合体を混合して複合コーティング液を製造するステップと、を含んで製造されることを特徴とする。
【０００６】
前記ステップａ）は、ａ－１）シリコンナノ粒子を製造するステップと、ａ－２）炭素系ナノ材料に表面処理剤を添加することで、表面処理された炭素ナノ構造体を製造するステップと、ａ－３）前記シリコンナノ粒子に前記表面処理された炭素ナノ構造体とバインダーを添加した後、ミリングするステップと、を含んでなることを特徴とする。
【０００７】
前記ステップａ－３）で、導電性金属－膨張黒鉛複合体粒子をさらに添加した後、ミリングすることを特徴とする。
【０００８】
前記ステップａ－１）のシリコンナノ粒子は、０．１～１５０ｎｍの粒径を有することを特徴とする。
【０００９】
前記炭素ナノチューブは、単層炭素ナノチューブ（ｓｉｎｇｌｅｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ、ＳＷＮＴ）、二層炭素ナノチューブ（ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ、ＤＷＮＴ）、薄い多層炭素ナノチューブ（ｔｈｉｎｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）または多層炭素ナノチューブ（ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ、ＭＷＮＴ）の中から選択される少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１０】
前記伝導性添加剤は、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリビニルアセテート、ポリマレイン酸、ポリエチレングリコールおよびポリイミドよりなる群から選択された１種を含んでなることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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