규소 함량이 높은 비결정성 합금을 기재로 하는 전극조성물 document_id A220623107849

규소, 알루미늄, 및 다양한 전이 금속 원소를 함유하는 멜트-스펀(melt-spun) 합금이 리튬-이온 배터리용 전극으로서의 사용을 위해 제안되어 왔다. 이들 합금은 사이클 수명을 향상시키고 그에 따라 전체 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 비결정성 미세구조를 갖는다. 그러나, 규소 함량이 증가하면, 비결정성 미세구조를 갖는 조성물을 생성하기가 점점 더 어려워지게 된다. 이러한 문제에 대한 한 가지 제안된 해결법은 규소 및 알루미늄과 조합된 상대적으로 많은 양(원자 퍼센트 면에서) 및/또는 수의 전이 금속 원소의 사용을 필요로 한다. 그러나, 이 제안된 해결법은 재료를 전기화학적으로 불활성이 되게 할 위험을 감수하게 된다. 개요 화학식 SixMyAlz를 갖는 비결정성 합금을 포함하는 리튬 이온 배터리용 전극 조성물이 개시되며, 여기서, x, y, 및 z는 원자 퍼센트 값을 나타내고, (a) x + y + z = 100이며, (b) x ≥ 55이고, (c) y 003c# 22이며, (d) z 003e# 0이고, (e) M은 망간, 몰리브덴, 니오븀, 텅스텐, 탄탈룸, 철, 구리, 티타늄, 바나듐, 크롬, 니켈, 코발트, 지르코늄, 이트륨, 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속이다. 비결정성 합금은 단일 상의 형태일 수 있다. "비결정성 합금"은 장거리 원자 정렬(long range atomic order)이 결여되어 있으며 x-선 회절 패턴에서 뾰족하고 뚜렷한 피크(sharp well-defined peak)가 결여되어 있는 합금이다. x 값은 x ≥ 60이 되도록 선택될 수 있다. y 값은 y ≤ 20이 되도록 선택될 수 있다. M은 바람직하게는 2종 이하의 금속을 나타낸다. 특히 유용한 금속의 구체예는 철, 티타늄, 지르코늄, 및 그 조합을 포함한다. 전극 조성물은 캐소드(cathode) 및 전해질을 또한 포함하는 리튬-이온 배터리용 애노드(anode)로 이용될 수 있다. 전해질은 플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 애노드는 결합제(예를 들어, 폴리이미드) 및 전도성 희석제(예를 들어, 카본 블랙)와 조합된 전극 조성물을 포함하는 복합체 형태이다. 전극 조성물은 큰 용량과 우수한 사이클 수명을 나타내며, 이와 동시에 금속 M 함량을 최소화한다. 금속 M을 최소화하는 능력에 의해 리튬-이온 배터리용 전극으로서 유용한 전기화학적 활성 물질이 생성된다. 본 발명의 한 가지 이상의 실시 형태에 대한 상세 사항이 첨부된 도면과 하기 상세한 설명에서 개시된다. 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 이점이 상세한 설명 및 도면과, 청구의 범위로부터 명백할 것이다.