(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが接合され、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブの間に長手方向に貫通したポアを有する炭素接合体と、
前記炭素接合体のポアに具備されたシリコン系物質を含むものであり、
前記炭素接合体の全体ポアを基準として、ポア内にシリコン系物質が具備されたポアの百分率は、２０％以上９５％以下であり、
前記シリコン系物質は、シラン系化合物、シリコンおよびリチウム化シリコンのうちの少なくとも１つを含むものである、シリコン−炭素複合体。
【請求項２】
前記炭素接合体は、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが六方形に均一に分布して接合されたものである、請求項１に記載のシリコン−炭素複合体。
【請求項３】
前記シリコン系物質は、シリコン系粒子である、請求項１に記載のシリコン−炭素複合体。
【請求項４】
前記炭素接合体のポアに具備されたシリコン系粒子の直径は、前記炭素接合体のポアの直径に対応するものである、請求項３に記載のシリコン−炭素複合体。
【請求項５】
前記炭素接合体のポアの直径は、１００ｎｍ以下である、請求項１に記載のシリコン−炭素複合体。
【請求項６】
前記炭素接合体は、炭素接合体粒子である、請求項１に記載のシリコン−炭素複合体。
【請求項７】
前記炭素接合体粒子の直径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項６に記載のシリコン−炭素複合体。
【請求項８】
前記炭素接合体とシリコン系物質との質量比は、１：１〜１：５である、請求項１に記載のシリコン−炭素複合体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリコン−炭素複合体を含むものである、負極。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリコン−炭素複合体を用いるものである、二次電池。
【請求項１１】
前記二次電池は、正極と、負極と、前記正極および負極の間に具備された分離膜とを含み、
前記負極は、前記シリコン−炭素複合体を含むものである、請求項１０に記載の二次電池。
【請求項１２】
請求項１０に記載の二次電池を単位電池として含む電池モジュール。
【請求項１３】
複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが接合され、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブの間に長手方向に貫通したポアを有する炭素接合体のポアにシリコン系化合物を浸透させる段階を含むものである、請求項１から８の何れか一項に記載のシリコン−炭素複合体の製造方法。
【請求項１４】
前記炭素接合体のポアに浸透したシリコン系化合物は、シラン系化合物、シリコンおよびリチウム化シリコンのうちの少なくとも１つを含むものである、請求項１３に記載のシリコン−炭素複合体の製造方法。
【請求項１５】
前記炭素接合体のポアにシリコン系化合物を浸透させる段階は、前記炭素接合体のポアにシラン系化合物を浸透させる段階である、請求項１３に記載のシリコン−炭素複合体の製造方法。
【請求項１６】
前記シラン系化合物は、シランまたはハロゲン化シランである、請求項１５に記載のシリコン−炭素複合体の製造方法。
【請求項１７】
前記シリコン系化合物が浸透した炭素接合体を熱処理する段階をさらに含むものである、請求項１３に記載のシリコン−炭素複合体の製造方法。
【請求項１８】
前記熱処理された炭素接合体に浸透したシリコン系化合物をリチウム金属またはヨウ化リチウムと反応させる段階をさらに含むものである、請求項１７に記載のシリコン−炭素複合体の製造方法。
【請求項１９】
前記炭素接合体のポアにシリコン系化合物を浸透させる段階は、前記炭素接合体のポアにシラン系化合物を浸透させる段階であり、
前記シラン系化合物が浸透した炭素接合体を熱処理する段階と、
前記熱処理段階の後、炭素接合体をリチウム金属またはヨウ化リチウムと反応させる段階とをさらに含むものである、請求項１３に記載のシリコン−炭素複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、２０１４年６月１３日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１４−００７２４５９号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書は、シリコン−炭素複合体、これを含む負極、前記シリコン−炭素複合体を用いる二次電池および前記シリコン−炭素複合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、電子機器の小型化および軽量化の傾向に伴い、電源として作用する電池も小型化および軽量化が要求されている。小型軽量化および高容量で充放電可能な電池として二次電池が実用化されており、小型ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコンなどの携帯用電子機器および通信機器などに用いられている。
【０００４】
二次電池は、高いエネルギーとパワーを持つエネルギー貯蔵装置であって、他の電池に比べて容量や作動電圧が高いという優れた利点がある。しかし、このような高いエネルギーによって電池の安全性が問題となり、爆発や火災などの危険性がある。特に、近年注目されているハイブリッド自動車などでは高いエネルギーと出力特性が要求されるため、かかる安全性がさらに重要といえる。
【０００５】
一般的に、二次電池は、正極、負極、電解質から構成され、１回目の充電によって正極活物質から出た金属イオンが負極活物質、すなわちカーボン粒子内に挿入され、放電時に再び脱離するなどの、両電極を往復しながらエネルギーを伝達する役割を果たすため、充放電が可能になる。
【０００６】
一方、携帯用電子機器の発達によって高容量の電池が要求され続けることにより、既存の負極材として使用される炭素より単位重量あたりの容量がはるかに高い高容量負極材が活発に研究されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書は、シリコン−炭素複合体、これを含む負極、前記シリコン−炭素複合体を用いる二次電池および前記シリコン−炭素複合体の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書は、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが接合され、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブの間に長手方向に貫通したメソポアを有する炭素接合体と、前記炭素接合体のメソポアに具備されたシリコン系物質とを含むものである、シリコン−炭素複合体を提供する。
【０００９】
また、本明細書は、前記シリコン−炭素複合体を含むものである、負極を提供する。
【００１０】
さらに、本明細書は、前記シリコン−炭素複合体を用いるものである、二次電池を提供する。
【００１１】
また、本明細書は、前記二次電池を単位電池として含む電池モジュールを提供する。
【００１２】
さらに、本明細書は、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが接合され、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブの間に長手方向に貫通したメソポアを有する炭素接合体のメソポアにシリコン系化合物を浸透させる段階を含むものである、シリコン−炭素複合体の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内にシリコン系物質を浸透させることにより、ナノサイズのＳｉ−Ｃ複合体を容易に合成することができる。
【００１４】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内に具備されたシリコン系物質は、炭素接合体のメソポアによって空間的な制限を受けるため、シリコンの体積膨張を抑制することができる。
【００１５】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内に具備されたシリコン系物質は、炭素接合体のメソポアによって空間的な制限を受けるため、固体電解質界面（ＳＥＩ、ｓｏｌｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）の形成に消耗するリチウムの量を最小化して初期充電／放電効率を増加させることができる。
【００１６】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内に具備されたシリコン系物質は、炭素接合体のメソポアによって空間的な制限を受けるため、充電／放電中に粒子状シリコン系物質が割れにくく、追加的な固体電解質界面（ＳＥＩ）の形成のためのリチウムが消耗する副反応が減少するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本明細書の一実施態様に係るシリコン−炭素複合体の斜視図である。
【図２】本明細書の一実施態様に係るシリコン−炭素複合体の断面図である。
【図３】実施例１のＳｉ含浸前後のＣＭＫ−３（ｃａｒｂｏｎ  ｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｂｙ  ＫＡＩＳＴ−３）の比表面積測定結果グラフである。
【図４】実施例１のＳｉ含浸前後のＣＭＫ−３のＬｏｗ  ａｎｇｌｅ  ＸＲＤ（ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ）測定結果グラフである。
【図５】実施例１のＳｉ含浸前後のＣＭＫ−３の走査電子顕微鏡測定結果イメージである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本明細書について詳細に説明する。
【００１９】
本明細書は、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが接合され、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブの間に長手方向に貫通したメソポアを有する炭素接合体と、前記炭素接合体のメソポアに具備されたシリコン系物質とを含むものである、シリコン−炭素複合体を提供する。
【００２０】
前記炭素接合体は、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが接合されて形成された粒子であり、一つの粒子内の複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブは、隣接する炭素ナノ線または炭素ナノチューブ同士で結合されていて、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブの間に長手方向に貫通したメソポアの大きさを維持できる力を持っている。
【００２１】
前記炭素接合体は、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが六方形に均一に分布して接合されたものである。具体的には、前記炭素接合体は、図１および図２のように、複数の炭素ナノ線または炭素ナノチューブが接合されて炭素接合体の長手方向の垂直断面が六角形であり、炭素接合体の長手方向の垂直断面の形態は、最外角に位置した炭素ナノ線または炭素ナノチューブによって形成された形状を意味する。
【００２２】
１つの炭素接合体内に接合された炭素ナノ線または炭素ナノチューブが多くなると、炭素接合体の直径、メソポアの数などが増加する。
【００２３】
前記炭素ナノ線は、長手方向の垂直断面の直径がナノ単位であり、内部がすべて炭素からなる柱であり、前記炭素ナノチューブは、長手方向の垂直断面の直径がナノ単位であり、内部が中空のチューブであるとよい。
【００２４】
前記炭素接合体のメソポアの直径は、ナノサイズであり、具体的には１００ｎｍ以下であるとよい。この場合、シリコンの体積膨張による応力抵抗力が大きいだけでなく、電池の高出力特性の向上にも一つの利点がある。
【００２５】
前記炭素接合体のメソポアの直径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、具体的には、前記炭素接合体のメソポアの直径は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であるとよい。
【００２６】
前記炭素接合体の比表面積は、９０ｍ２／ｇ以上であるとよい。この場合、炭素空隙内のシリコン系物質のローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）を増加させることができるという利点がある。
【００２７】
ここで、炭素接合体の比表面積は、炭素接合体が他の物質と接触可能な面積（ｍ２）を意味する。
【００２８】
前記炭素接合体は、ＣＭＫ−３（ｃａｒｂｏｎ  ｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｂｙ  ＫＡＩＳＴ−３）およびＣＭＫ−５（ｃａｒｂｏｎ  ｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｂｙ  ＫＡＩＳＴ−５）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００２９】
前記炭素接合体は、炭素接合体粒子であるとよい。
【００３０】
前記炭素接合体粒子の直径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であるとよい。ここで、炭素接合体粒子の直径は、炭素接合体の長手方向の垂直断面の重心を通る最も長い線の長さを意味する。
【００３１】
前記シリコン系物質は、ケイ素元素を含んでいれば限定しないが、炭素接合体のメソポアに浸透して具備されたシリコン系粒子であるとよい。ここで、前記シリコン系粒子は、ケイ素元素を含む粒子を意味する。
【００３２】
前記シリコン系物質は、シラン系化合物、シリコンおよびリチウム化シリコンのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３３】
前記シラン系化合物は、水素化ケイ素化合物を意味し、前記水素化ケイ素の水素のうちのいずれか１つ以上がハロゲンに代替された化合物も含む。例えば、前記シラン系化合物は、シラン化合物またはハロゲン化シラン化合物であり、具体的には、シラン化合物または卜リクロロシラン化合物であってもよい。また、前記リチウム化シリコンは、リチウム−ケイ素の複合化合物を意味し、例えば、前記リチウム化シリコン化合物は、Ｌｉ２２Ｓｉ５で表される化合物であってもよい。
【００３４】
前記炭素接合体のメソポアに具備されたシリコン系粒子の直径は、前記炭素接合体のメソポアの直径に対応できる。前記炭素接合体のメソポアに具備されたシリコン系粒子の直径は、前記炭素接合体のメソポアの直径と量の相関関係にあり、具体的には、前記炭素接合体のメソポアの直径が大きくなるほど、前記炭素接合体のメソポアに具備されたシリコン系粒子の直径が大きくなる関係を有するとよい。
【００３５】
前記炭素接合体のメソポアに具備されたシリコン系粒子の直径は、前記炭素接合体のメソポアの直径と同一であるか、前記炭素接合体のメソポアの直径より大きくなる。
【００３６】
本明細書の一実施態様において、前記炭素接合体の質量の合計を１００とする時、前記炭素接合体の質量に対するシリコン系物質の質量比は、１：１〜１：５であるとよい。この場合、シリコン系物質の体積膨張による応力抵抗力が大きくなるという利点がある。
【００３７】
本明細書の一実施態様において、前記炭素接合体の全体気孔率を基準として、炭素接合体の全体気孔率中にシリコン系物質が占める気孔率減少比率は、２０％以上９５％以下であるとよい。この場合、シリコン系物質の体積膨張による応力抵抗力が大きくなるという利点がある。
【００３８】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内にシリコン系物質を浸透させることにより、ナノサイズのＳｉ−Ｃ複合体を容易に合成することができる。
【００３９】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内に具備されたシリコン系物質は、炭素接合体のメソポアによって空間的な制限を受けるため、シリコンの体積膨張を抑制することができる。
【００４０】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内に具備されたシリコン系物質は、炭素接合体のメソポアによって空間的な制限を受けるため、固体電解質界面（ＳＥＩ、ｓｏｌｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）の形成に消耗するリチウムの量を最小化して初期充電／放電効率を増加させることができる。
【００４１】
一般的に、シリコンは、空間的な制限を受けなければ、体積膨張によって粒子が割れて新しい表面を作り、前記新しくできた表面に追加的な固体電解質界面が形成されるにつれ、リチウムが消耗して充電と放電のサイクルが円滑でなくなる。
【００４２】
本明細書の一実施態様において、炭素接合体のメソポア内に具備されたシリコン系物質は、炭素接合体のメソポアによって空間的な制限を受けるため、充電／放電中に粒子状シリコン系物質が割れにくく、追加的な固体電解質界面（ＳＥＩ）の形成のためのリチウムが消耗する副反応が減少するという利点がある。
【００４３】
本明細書は、前記シリコン−炭素複合体を含むものである、電極を提供する。具体的には、本明細書は、前記シリコン−炭素複合体を含むものである、負極を提供する。
【００４４】
本明細書は、前記シリコン−炭素複合体を用いるものである、二次電池を提供する。
【００４５】
前記二次電池は、本明細書のシリコン−炭素複合体を含む負極を含むことができる。具体的には、前記二次電池は、正極と、負極と、前記正極および負極の間に具備された分離膜とを含み、前記負極は、前記シリコン−炭素複合体を含むことができる。
【００４６】
前記二次電池は、分離膜によって区分された正極側の正極電解液および負極側の負極電解液をさらに含むことができる。
【００４７】
前記正極電解液および負極電解液は、溶媒および電解塩を含むことができる。前記正極電解液および負極電解液は、同一または互いに異なる溶媒を含むことができる。
【００４８】
前記電解液は、水系電解液または非水系電解液であるとよいし、前記水系電解液は、水を含むことができる。前記非水系電解液は、カーボネート系、エステル系、エーテル系、ケトン系、有機硫黄（ｏｒｇａｎｏｓｕｌｆｕｒ）系、有機リン（ｏｒｇａｎｏｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）系、非プロトン性溶媒、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される非水系有機溶媒を含むことができる。
【００４９】
前記非水系有機溶媒は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、ジブチルカーボネート（ＤＢＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ジブチルエテル、テトラグリム、ジグリム、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン（１，３−ｄｉｏｘｏｌａｎｅ）、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、メチルホルメート、エチルホルメート、プロピルホルメート、ブチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、プロピルプロピオネート、ブチルプロピオネート、メチルブチレート、エチルブチレート、プロピルブチレート、ブチルブチレート、γ−ブチロラクトン、２−メチル−γ−ブチロラクトン、３−メチル−γ−ブチロラクトン、４−メチル−γ−ブチロラクトン、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリス（２−クロロエチル）ホスフェート、トリス（２，２，２−トリフルオロエチル）ホスフェート、トリプロピルホスフェート、トリイソプロピルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリヘキシルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリトリルホスフェート（ｔｒｉｔｏｌｙｌ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、ポリエチレングリコールジメチルエーテル（ＰＥＧＤＭＥ）、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるものであってもよい。
【００５０】
前記電解塩は、水または非水系有機溶媒で陽イオンおよび陰イオンに解離するものをいう。
【００５１】
前記電解液における電解塩の濃度は特に限定されない。例えば、１Ｍであるとよいし、この場合、二次電池の充放電特性が効果的に発現できる。
【００５２】
前記正極および負極の間に位置する分離膜は、正極と負極とを互いに分離または絶縁させ、正極と負極との間にイオン輸送を可能にするものであれば、いずれも使用可能である。例えば、多孔性非導電性または絶縁性物質からなってもよい。より具体的には、ポリプロピレン素材の不織布やポリフェニレンスルフィド素材の不織布のような高分子不織布；ポリエチレンやポリプロピレンのようなオレフィン系樹脂の多孔性フィルムが挙げられ、これらを２種以上併用することも可能である。このような分離膜は、フィルムのような独立した部材でもよく、正極および／または負極に付加されたコーティング層でもよい。前記分離膜は、電解質を浸透させるものであって、電解質の支持材として使用してもよい。
【００５３】
前記二次電池の形態は制限されず、例えば、コイン型、平板型、円筒型、錐型、ボタン型、シート型、または積層型であってもよい。
【００５４】
前記二次電池は、本願発明のシリコン−炭素複合体を含む負極が具備されるならば特に限定はない。
【００５５】
例えば、前記二次電池は、リチウム二次電池であるとよい。前記リチウム二次電池の例としては、リチウム硫黄電池またはリチウム空気電池であるとよい。具体的には、前記二次電池の正極は、空気極であるとよい。
【００５６】
本明細書は、前記二次電池を単位電池として含む電池モジュールを提供する。
【００５７】
前記電池モジュールは、本出願の一実施態様に係る二次電池の間にバイポーラ（ｂｉｐｏｌａｒ）プレートを挿入してスタッキング（ｓｔａｃｋｉｎｇ）して形成される。
【００５８】
前記二次電池がリチウム空気電池の場合、前記バイポーラプレートは、外部から供給される空気をリチウム空気電池それぞれに含まれた正極に供給できるように多孔性であるとよい。例えば、多孔性ステンレススチールまたは多孔性セラミックを含むことができる。
【００５９】
前記電池モジュールは、具体的には、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、または電力貯蔵装置の電源として用いられる。
【００６０】
本明細書は、炭素接合体のメソポアにシリコン系化合物を浸透させる段階を含むものである、シリコン−炭素複合体の製造方法を提供する。
【００６１】
具体的には、炭素接合体のメソポアにシリコン系化合物を浸透させることにより、シリコン系化合物が炭素接合体のメソポアに浸透してシリコン系粒子が形成される。この時、シリコン系化合物およびシリコン系粒子は、それぞれケイ素原子を含む化合物および粒子を意味する。
【００６２】
ここで、炭素接合体およびシリコン系粒子に関する説明は、上述したところを引用することができる。
【００６３】
前記炭素接合体のメソポアに浸透したシリコン系化合物は、シラン系化合物、シリコンおよびリチウム化シリコンのうちの少なくとも１つを含むことができる。この時、前記炭素接合体のメソポアに浸透したシリコン系化合物は、シラン系化合物、シリコンおよびリチウム化シリコンのうちの少なくとも１つである化合物自体で炭素接合体のメソポアに浸透するか、前記炭素接合体のメソポアに浸透したシリコン系化合物が化学的に変化してシラン系化合物、シリコンおよびリチウム化シリコンのうちの少なくとも１つの化合物になってもよい。
【００６４】
前記炭素接合体のメソポアにシリコン系化合物を浸透させる段階は、前記炭素接合体のメソポアにシラン系化合物を浸透させる段階を含むことができる。例えば、前記炭素接合体のメソポアにシランまたは卜リクロロシランを浸透させる段階を含むことができる。
【００６５】
前記シリコン系化合物が浸透した炭素接合体を熱処理する段階をさらに含むことができる。前記熱処理段階によって、炭素接合体に浸透したシラン系化合物がシリコンに変化できる。
【００６６】
この時、熱処理温度は、炭素接合体に浸透したシラン系化合物がシリコンに変化可能な温度であれば特に限定はないが、具体的には１５０℃以上３００℃以下であるとよい。
【００６７】
前記熱処理された炭素接合体に浸透したシリコン系化合物をリチウム金属またはヨウ化リチウムと反応させる段階をさらに含むことができる。具体的には、前記熱処理された炭素接合体に浸透したシリコンをリチウム金属またはヨウ化リチウムと反応させることができる。
【００６８】
前記炭素接合体のメソポアにシリコン系化合物を浸透させる段階は、前記炭素接合体のメソポアにシラン系化合物を浸透させる段階であり、
前記シラン系化合物が浸透した炭素接合体を熱処理する段階と、
前記熱処理段階の後、炭素接合体をリチウム金属またはヨウ化リチウムと反応させる段階とをさらに含むことができる。
【００６９】
前記炭素接合体のメソポアにシリコン系化合物を浸透させる段階は、前記炭素接合体のメソポアにシラン系化合物を浸透させる段階であり、
前記シラン系化合物が浸透した炭素接合体を熱処理することにより、前記炭素接合体のメソポアに浸透した前記シラン系化合物をシリコンに変化させる段階と、
前記熱処理段階の後、炭素接合体をリチウム金属またはヨウ化リチウムと反応させることにより、前記熱処理された炭素接合体に浸透したシリコンをリチウム化シリコンに変化させる段階とをさらに含むことができる。
【００７０】
前記リチウム化シリコンは、Ｌｉ２２Ｓｉ５で表してもよい。
【実施例】
【００７１】
以下、本出願を具体的に説明するために実施例および比較例を挙げて詳細に説明する。しかし、本出願に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本出願の範囲が以下に詳述する実施例に限定されると解釈されない。本出願の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本出願をより完全に説明するために提供されるものである。
【００７２】
［実施例１］
撹拌機、還流冷却器、導入部、および温度計が装着されたステンレススチール材質の１００ｍｌ高圧反応器に、ＣＭＫ−３（ＡＣＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｕｐｐｌｉｅｒ（米））１５ｇ、卜リクロロシラン３０ｇを充填した。撹拌機を通して５分間混合した後、撹拌機を停止させた。真空ポンプを用いて高圧反応器内の気圧を５ｔｏｒｒまで減圧し、真空ラインを閉じた後、窒素ラインを開いて、高圧反応器の内部に窒素を置換した。以後、６０分かけて３００℃に昇温し、反応器の内部圧力は１３０ａｔｍで２時間維持した。以後、常温に冷却し、１０％水酸化ナトリウム５０ｇを添加することにより生成物を中和させ、得られた濾過した生成物を２００℃で２４時間乾燥した。
【００７３】
比表面積測定器（ＢＥＴ）を用いて表面積を測定した結果、図３に示されているように、卜リクロロシランが含浸される前のＣＭＫ−３（１）の表面積に比べて、得られた生成物（２）の表面積が大きく減少して空隙にシリコン粒子が含浸されたことを確認し、Ｌｏｗ  ａｎｇｌｅ  ＸＲＤ（ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ）を測定した結果、図４のように、（ｉ）ＣＭＫ−３で示されるヘキサゴナル細孔（ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｐｏｒｅ）構造に相当する（１００）、（１１０）、（２００）のピーク強度（ｐｅａｋ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が、（ｉｉ）Ｓｉの含浸されたＣＭＫ−３生成物で大きく減少したことを通して、シリコン粒子がＣＭＫ−３細孔（ｐｏｒｅ）に含浸されていることを再確認した。走査電子顕微鏡でＳｉ含浸前後を観察した結果、図５のように、Ｓｉ含浸前のａとＳｉ含浸後のｂとで大きな違いを見せていないと見られ、ＳｉがＣＭＫ−３の表面に存在するのではなく、細孔（ｐｏｒｅ）の内部に存在することを確認した。
【００７４】
［比較例１］
ボールミル（Ｂａｌｌ  ｍｉｌｌｉｎｇ）工程でＳｉ−グラファイト（Ｓｉ−ｇｒａｐｈｉｔｅ）（７０：３０ｗｔ．％）複合体を合成した。
【００７５】
［実験例］
下記のように電池セルを構成して、実施例１と比較例１の初期効率およびサイクル特性を比較した。
−作用電極（Ｗｏｒｋｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）：Ｓｉ複合体電極（実施例１または比較例１）
−対向電極（Ｃｏｕｎｔｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）：Ｌｉ金属
−電解液：Ｌｉ塩（Ｌｉ  ｓａｌｔ）が複合されたカーボネート（Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）系電解質
【００７６】
電池セルを０．２Ｃ／０．５Ｃに充電／放電して、それぞれ１００サイクルの充放電を繰り返した後、初期充放電効率および初期充放電効率に対する１００サイクルの時の容量維持率（％）を測定し、その結果を下記表１に示した。下記表１から明らかなように、本発明に係る電池セルは、既存のＳｉ複合体の電池セルに比べて、初期効率およびサイクル特性の問題点を改善するのに優れた効果を発揮することが分かる。
【００７７】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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