실리콘 음극재가 가져야 할 물성 조건

서론

오늘은 실리콘 음극재 생산 및 연구 개발에서 중요하다고 생각되는 부분에 대해 정리해보고자 한다. 그것은 실리콘 음극재에 요구되는 물성 조건이다.

실리콘 음극재가 가져야 할 물성 조건

실리콘/탄소 복합체 기준

1. 실리콘 입자 표면이 탄소에 의해 잘 감싸져 있어야 한다. 즉, 실리콘이 노출되는 것을 최대한 막아주어야 한다. 입자 크기를 균일하게 만드는 과정에서 최대한 입자의 형태를 보존할 수 있도록 해야 한다.
2. 실리콘/탄소 복합체의 크기가 너무 작은 입자는 걸러주어야 한다. (1㎛ 이하의 미분 제거)
3. 실리콘의 크기가 나노 형태로 제어되어야 한다. (1xx nm 이하)
4. 나노 실리콘의 결정립이 충분히 작아야 한다. (1x nm 이하)
5. 완제품 입자의 비표면적이 충분히 작아야 한다. (< 3 m²/g) 
6. Fe의 함량이 충분히 낮아야 한다. (< 1 ppm)

해결 방법 생각

1. 탄소를 감싼 후 입자 크기 제어 과정에서 너무 과하거나 약하게 분쇄하지 않아야 한다. 그래야 탄소 코팅이 깨지지 않으며  그 과정에서 입도를 균일하게 만들 수 있다.
2. 위의 1번 해결과 같은 맥락으로 해결한다. 
3. Top-down의 경우, 실리콘을 더 고르게 분쇄하는 과정이 중요하고, Bottom-up의 경우 적절한 화학반응을 유도해 실리콘이 너무 크게 성장하지 않도록 하는 것이 필요하다.
4. 실리콘 원료뿐만 아니라 열처리 과정에서 실리콘의 결정립이 커지지 않을 수 있는 공정을 설계해야 한다.
5. 실리콘을 탄소 물질로 잘 감싸주며, 입도 제어 과정에서 입자가 깨지지 않도록 주의한다.
6. 원료 및 공정 단계의 어느 부분에서 Fe 함량이 높아지는지 단계별로 체크한다.

결론

회사에서 일을 하다 보면 해결해야 할 문제들이 자꾸 나타난다. 어쩌면 간과하고 있던 부분들이지만 결국에는 해결 내지 개선해나가야 할 문제들이 존재한다. 평소에도 이러한 문제들을 숙지하고 어떻게 해결할지 고민해 보고 생각해 보는 시간을 가지는 것이 필요하다. 그래서 오늘은 실리콘 음극재가 가져야 할 물성에 대해 정리하는 시간을 가져보았다.