리튬 이차전지용 음극 활물질 및 그의 제조방법
Negative electrode active material for rechargeable lithium battery and preparation method of the same
특허 요약
본 발명은, Si, Fe, 및 Al를 포함하고, 열처리시 결정상이 형성되지 않는 비정질 매트릭스; 및 상기 비정질 매트릭스 내에 분산되고 입자 크기가 50 nm 이하인 결정질 Si 입자;를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 활물질, 및 그 제조방법에 관한 것으로, 결정질 Si 입자의 조대화를 방지하여 균일한 크기의 결정질 Si 입자가 분산된 음극 활물질에 의해 높은 용량과 우수한 수명 특성이 구현된다.
청구항
번호청구항
1

Si, Fe, 및 Al를 포함하고, 900K에서 열처리시 결정상이 형성되지 않는 비정질 매트릭스; 및상기 비정질 매트릭스 내에 분산되고 입자 크기가 50 nm 이하인 결정질 Si 입자;를 포함하는 리튬이차전지용 음극 활물질로서, 상기 결정질 Si 입자는 입자 직경의 상대표준편차(relative standard deviation) 값이 20% 이하이고,상기 음극 활물질은 하기 식 1의 조성을 가지는, 리튬이차전지용 음극 활물질:[식 1]SixFeyAlzMa이때, M은 Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Nb, Ti, V, Co, Zr, Mg, Se, Te, Sn, In, Ga, Pb, Bi, Zn, 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속원소이고, 40≤x≤80, 1≤y≤25, 10≤z≤40, 1≤a≤15, x+y+z+a=100이다.

2

제1항에 있어서, 상기 매트릭스는 Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Nb, Ti, V, Co, Zr, Mg, Se, Te, Sn, In, Ga, Pb, Bi, Zn, 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속원소를 더 포함하는, 리튬 이차전지용 음극 활물질.

3

삭제

4

제1항에 있어서, 상기 매트릭스는 Si, Fe, 및 Al 중 어느 하나 이상을 포함하는 하나 또는 둘 이상의 비정질상을 포함하는, 리튬 이차전지용 음극 활물질.

5

제1항에 있어서, 상기 매트릭스는 리튬에 대해 전기화학적으로 비활성인, 리튬 이차전지용 음극 활물질.

6

제1항에 있어서, 상기 매트릭스는 상기 결정질 Si 입자보다 높은 전기전도도를 가지는, 리튬 이차전지용 음극 활물질.

7

제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 음극.

8

제7항의 음극을 포함하는 리튬 이차전지.

9

Si과 함께, Fe 및 Al을 포함하는 금속 물질을 용융하는 단계;상기 용융된 물질을 급냉하여, 결정상이 석출되지 않은 응고물을 형성하는 단계; 및상기 응고물을 열처리하여, Si, Fe, 및 Al을 포함하는 매트릭스 중에, 입자 크기가 50 nm 이하인 결정질 Si 입자를 석출시키는 단계;를 포함하여 음극 활물질을 제조하는 것으로서,상기 매트릭스는 상기 열처리 후에도 비정질로 유지되며,상기 결정질 Si 입자는 입자 직경의 상대표준편차(relative standard deviation) 값이 20% 이하이고,상기 음극 활물질은 하기 식 1의 조성을 가지는, 리튬 이차전지용 음극 활물질 제조 방법:[식 1]SixFeyAlzMa이때, M은 Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Nb, Ti, V, Co, Zr, Mg, Se, Te, Sn, In, Ga, Pb, Bi, Zn, 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속원소이고, 40≤x≤80, 1≤y≤25, 10≤z≤40, 0≤a≤20, x+y+z+a=100이다.

10

제9항에 있어서, 상기 금속 물질은 Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Nb, Ti, V, Co, Zr, Mg, Se, Te, Sn, In, Ga, Pb, Bi, Zn, 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 더 포함하는, 리튬 이차전지용 음극 활물질 제조 방법.

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삭제

12

제9항에 있어서, 상기 매트릭스는 Si, Fe, 및 Al 중 어느 하나 이상을 포함하는 하나 또는 둘 이상의 비정질상을 포함하는, 리튬 이차전지용 음극 활물질 제조 방법.

13

제9항에 있어서, 상기 매트릭스는 리튬에 대해 전기화학적으로 비활성인, 리튬 이차전지용 음극 활물질 제조 방법.

14

제9항에 있어서, 상기 매트릭스는 상기 결정질 Si 입자보다 높은 전기전도도를 가지는, 리튬 이차전지용 음극 활물질 제조 방법.