JP2009503786A5 - - Google Patents

Description

本発明は様々な変更及び代替形態が可能であるが、その具体例を一例として図面に示し、及び詳細に記載する。しかしながら本発明を、記載される特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解されるべきである。逆に、本発明は、本発明の精神及び範囲内に含まれる、すべての修正、等価な形態、及び代替形態を対象とすることを意図する。
以下に、本願発明に関連する発明の実施の形態を列挙する。
実施形態１
カソード、アノード、並びに前記アノード及び前記カソードと電気的に接続した電解質を含むリチウムイオン電池であって、前記アノードが、
ａ）３５〜７０モル・パーセントの量のシリコンと、
ｂ）１〜４５モル・パーセントの量のアルミニウムと、
ｃ）５〜２５モル・パーセントの量の遷移金属と、
ｄ）１〜１５モル・パーセントの量のスズと、
ｅ）２〜１５モル・パーセントの量の、イットリウム、ランタニド元素、アクチニド元素、又はこれらの組み合わせから成る第５元素、
とから成る合金組成物を含み、
各モル・パーセントが、リチウムを除く前記合金組成物中の全元素の総モル数を基準にし、且つ
前記合金組成物が、シリコンを含む非晶相並びにスズ及び前記第５元素を含むナノ結晶相の混合物である、リチウムイオン電池。
実施形態２
前記非晶相が、アルミニウム及び前記遷移金属を更に含む、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態３
前記第５元素が、セリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態４
前記ナノ結晶相が、シリコンを実質的に含まない、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態５
前記ナノ結晶相が、元素形態のスズを実質的に含まない、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態６
前記合金組成物が、１モル・パーセント未満のアルカリ土類金属を更に含む、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態７
前記合金組成物が、アルカリ金属を更に含む、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態８
前記合金組成物が、１〜６０ミクロンの最大平均寸法を有する粒子を含む、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態９
前記合金組成物が、単一の非晶相及び単一のナノ結晶相を有する、実施形態１に記載のリチウムイオン電池。
実施形態１０
前記合金組成物が、化学式Ｉから成り、
Ｓｉ _ａ Ａｌ _ｂ Ｔ _ｃ Ｓｎ _ｄ Ｍ _ｅ Ｌｉ _ｆ （Ｉ）
式中、
ａは、３５〜７０の範囲内の数字であり、
ｂは、１〜４５の範囲内の数字であり、
Ｔは、遷移金属であり、
ｃは、５〜２５の範囲内の数字であり、
ｄは、１〜１５の範囲内の数字であり、
Ｍは、イットリウム、ランタニド元素、アクチニド元素、又はこれらの組み合わせであり、
ｅは、２〜１５の範囲内の数字であり、
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅの合計が、１００に等しく、且つ
ｆは、０〜［４．４（ａ＋ｄ）＋ｂ］の範囲内の数字である、実施形態１〜９のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。
実施形態１１
前記変数ａは、４０〜６５の範囲内の数字であり、ｂは、１〜２５の範囲内の数字であり、ｃは、５〜２５の範囲内の数字であり、ｄは、１〜１５の範囲内の数字であり、且つｅは、２〜１５の範囲内の数字である、実施形態１０に記載のリチウムイオン電池。
実施形態１２
前記変数ａは、３５〜５５の範囲内の数字であり、ｂは、２５〜４５の範囲内の数字であり、ｃは、５〜２５の範囲内の数字であり、ｄは、１〜１５の範囲内の数字であり、且つｅは、２〜１５の範囲内の数字である、実施形態１０に記載のリチウムイオン電池。
実施形態１３
前記変数ａは、５５〜６５の範囲内の数字であり、ｂは、１０〜２０の範囲内の数字であり、ｃは、５〜２５の範囲内の数字であり、ｄは、１〜１５の範囲内の数字であり、且つｅは、２〜１５の範囲内の数字である、実施形態１０に記載のリチウムイオン電池。
実施形態１４
前記アノードが、ポリイミドを含む有機結合剤を更に含む、実施形態１０に記載のリチウムイオン電池。
実施形態１５
前記アノードが、リチウム金属を更に含む、実施形態１〜１４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。
実施形態１６
実施形態１〜１５のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池を少なくとも１つ含む電池パック。
実施形態１７
リチウムイオン電池を調整する方法であって、
ａ）３５〜７０モル・パーセントの量のシリコンと、
ｂ）１〜４５モル・パーセントの量のアルミニウムと、
ｃ）５〜２５モル・パーセントの量の遷移金属と、
ｄ）１〜１５モル・パーセントの量のスズと、
ｅ）２〜１５モル・パーセントの量の、イットリウム、ランタニド元素、アクチニド元素、又はこれらの組み合わせ、
とを含む合金組成物を提供することと、
各モル・パーセントが、リチウムを除く前記合金組成物中の全元素の総モル数を基準にし、且つ前記合金組成物が、シリコンを含む非晶相並びにスズ及び前記第５元素を含むナノ結晶相の混合物であり、
カソード、及び前記カソードと前記アノードとの両方に電気的に接続されている電解質を提供すること、とから成るリチウムイオン電池の調製方法。
実施形態１８
前記合金組成物を提供することが、前記シリコン、アルミニウム、スズ、遷移金属元素、及び第５元素の溶融紡糸から成る、実施形態１７に記載の方法。
実施形態１９
前記合金組成物を提供することが、まず、完全な非晶質前駆体物質を形成すること及び次に、前記前駆体物質をアニールして、前記非晶相及び前記ナノ結晶相の混合物を調製すること、を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２０
前記合金を提供することが、
ｉ）非晶質物質と、
ｉｉ）スズ及び前記第５元素を含むナノ結晶相と、
ｉｉｉ）結晶性元素状スズを含む前駆体物質を形成すること、及び
前記前駆体物質をアニールして、当該結晶性元素状スズを除去することを含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２１
前記ナノ結晶相が、シリコンを実質的に含まない、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２２
合金組成物であって、
ａ）３５〜７０モル・パーセントの量のシリコンと、
ｂ）１〜４５モル・パーセントの量のアルミニウムと、
ｃ）５〜２５モル・パーセントの量の遷移金属と、
ｄ）１〜１５モル・パーセントの量のスズと、
ｅ）２〜１５モル・パーセントの量の、イットリウム、ランタニド元素、アクチニド元素、又はこれらの組み合わせから成る第５元素、
とを含む合金組成物であり、各モル・パーセントが、リチウムを除く前記合金組成物中の全元素の総モル数を基準にし、且つ
前記合金組成物が、シリコンを含む非晶相並びにスズ及び前記第５元素を含むナノ結晶相の混合物である合金組成物。

Claims (6)

1. 合金組成物であって、
   ａ）３５〜７０モル・パーセントの量のシリコンと、
   ｂ）１〜４５モル・パーセントの量のアルミニウムと、
   ｃ）５〜２５モル・パーセントの量の遷移金属と、
   ｄ）１〜１５モル・パーセントの量のスズと、
   ｅ）２〜１５モル・パーセントの量の、イットリウム、ランタニド元素、アクチニド元素、又はこれらの組み合わせから成る第５元素、
   とを含む合金組成物であり、各モル・パーセントが、リチウムを除く前記合金組成物中の全元素の総モル数を基準にし、且つ
   前記合金組成物が、シリコンを含む非晶相並びにスズ及び前記第５元素を含むナノ結晶相の混合物である合金組成物。
2. カソード、アノード、並びに前記アノード及び前記カソードと電気的に接続した電解質を含むリチウムイオン電池であって、前記アノードが請求項１に記載の合金組成物を含むリチウムイオン電池。
3. 前記合金組成物が、化学式Ｉから成り、
   Ｓｉ_ａＡｌ_ｂＴ_ｃＳｎ_ｄＭ_ｅＬｉ_ｆ （Ｉ）
   式中、
   ａは、３５〜７０の範囲内の数字であり、
   ｂは、１〜４５の範囲内の数字であり、
   Ｔは、遷移金属であり、
   ｃは、５〜２５の範囲内の数字であり、
   ｄは、１〜１５の範囲内の数字であり、
   Ｍは、イットリウム、ランタニド元素、アクチニド元素、又はこれらの組み合わせであり、
   ｅは、２〜１５の範囲内の数字であり、
   ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅの合計が、１００に等しく、且つ
   ｆは、０〜［４．４（ａ＋ｄ）＋ｂ］の範囲内の数字である、請求項２項に記載のリチウムイオン電池。
4. 前記変数ａは、３５〜５５の範囲内の数字であり、ｂは、２５〜４５の範囲内の数字であり、ｃは、５〜２５の範囲内の数字であり、ｄは、１〜１５の範囲内の数字であり、且つｅは、２〜１５の範囲内の数字である、請求項３に記載のリチウムイオン電池。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池を少なくとも１つ含む電池パック。
6. カソード、アノード、及び電解質を含むリチウムイオン電池を調整する方法であって、
   請求項１に記載の合金組成物を含むアノードを提供することと、
   カソード、及び前記カソードと前記アノードとの両方に電気的に接続されている電解質を提供すること、とから成るリチウムイオン電池の調製方法。