Synthesis of Si-SiC-CuO-C Composite from Silicon Sludge as an Anode of Lithium Battery

As a recycling of Si sludge from Si wafer process, a Si-SiC-CuO-C composite material was synthesized and investigated as an anode material for lithium batteries. The Si sludge consisted of Si, SiC, machine oil, and metallic impurities. The oil and metal impurities was removed by organic washing, magnetic separation, and acid washing. The Si-SiC-CuO-C composite from the recovered Si-SiC mixture was prepared by high-energy mechanical milling. According to the electrochemical tests such as charge-discharge capacity and cycling behavior, it showed the improved cycle performance. The SiC and CuO-related phases were presumed to restrain the volume expansion of the anode and Fe, however, should be removed below 10 ppm prior to synthesis of the composite because it caused the capacity loss of the active material itself.

실리콘 슬러지로부터 리튬전지(電池) 음극용(陰極用) Si-SiC-CuO-C 복합물의 합성(合成)

실리콘 웨이퍼공정에서 발생하는 실리콘 슬러지로부터 리싸이클링 공정으로 Si-SiC 혼합물을 분리 회수한 다음 기계적 합성법으로 Si-SiC-CuO-C 복합물을 제조하였으며, 리튬전지 음극물질로서의 가능성을 조사하였다. 실리콘 슬러지의 주요 불순물은 절삭유, 금속불순물 및 SiC를 들 수 있다. 오일세정-자력선별-산세척으로 절삭유와 금속불순물을 제거한 다음 고에너지 밀링법으로 Si-SiC-CuO-C 복합물을 합성하였다. 복합물의 충방전 용량과 사이클 특성을 조사한 결과, 수명에 따른 용량 유지 특성이 향상된 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 복합물을 구성하는 SiC와 CuO 관련 물질은 실리콘의 부피팽창으로 인한 기계적 파괴 현상을 억제하는 요소로 작용하는 것으로 추정되며, 반면에 Fe 등과 같은 불순물은 전극의 충방전 용량을 감소시키는 요인으로서 전극물질 합성 전에 10 ppm 이내로 제거되어야 하는 것으로 판단된다.