KR20120083336A - Silicon alloy for use in materials for lithium secondary battery negative electrodes - Google Patents

Silicon alloy for use in materials for lithium secondary battery negative electrodes Download PDF

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KR20120083336A
KR20120083336A KR1020127006816A KR20127006816A KR20120083336A KR 20120083336 A KR20120083336 A KR 20120083336A KR 1020127006816 A KR1020127006816 A KR 1020127006816A KR 20127006816 A KR20127006816 A KR 20127006816A KR 20120083336 A KR20120083336 A KR 20120083336A
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토시유키 사와다
히로유키 하세가와
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산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤
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Abstract

원자%로 AI: 15~40%, Ti: 1~20%, Ta 및 W의 1종 또는 2종: 합계로 0~3%, Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상: 합계로 0~30%, Zr: 0~10%를 포함하고, 잔부 Si 및 불가피한 불순물로 구성된 리튬 2차 전지 음극용 물질 Si 합금. 이 합금은 원재료가 저렴하고 리튬 2차 전지의 사이클 특성이 뛰어나며 아몰퍼스성도 우수하다. AI: 15-40% in atomic%, Ti: 1-20%, 1 or 2 types of Ta and W: 0-3% in total, 1 or 2 or more types of Fe, Ni and Cr: 0 in total -30%, Zr: material Si alloy for lithium secondary battery negative electrode containing 0-10% and consisting of remainder Si and unavoidable impurities. The alloy is inexpensive in raw materials, has excellent cycle characteristics of lithium secondary batteries, and has excellent amorphous properties.

Description

리튬 2차 전지 음극 물질용 실리콘 합금{SILICON ALLOY FOR USE IN MATERIALS FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY NEGATIVE ELECTRODES}Silicon Alloy for Lithium Secondary Battery Negative Material {SILICON ALLOY FOR USE IN MATERIALS FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY NEGATIVE ELECTRODES}

관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application

본 출원은 2009년 9월 24일에 출원된 일본특허출원 제2009-218397호에 근거한 우선권을 주장하는 것이며, 그 출원의 전체 개시 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2009-218397 for which it applied on September 24, 2009, The whole indication of this application is integrated in this specification by reference.

본 발명은 리튬 2차 전지의 음극 활물질에 이용되는, 고방전 용량 및 긴 사이클 수명을 갖고, 또한 아몰퍼스(amorphous)성이 뛰어난 실리콘(Si) 합금에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon (Si) alloy having a high discharge capacity, a long cycle life, and excellent amorphousness, which is used for a negative electrode active material of a lithium secondary battery.

리튬 2차 전지의 음극 활물질로서 종래부터 탄소 재료로 이루어진 분말이 이용됐다. 그러나 탄소 재료는 이론 용량이 372mAh/g으로 낮고 더 많은 고용량화에는 한계가 존재한다. 그래서 최근에는 Sn나 Si 등 탄소 재료보다 이론 용량이 높은 금속 재료의 적용이 검토 및 실용화되고 있다. 특히 Si는 4000mAh/g를 초과하는 이론 용량을 갖는 유망한 재료다. 이들 탄소를 대신할 금속 재료를 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 적용하면 고용량은 얻을 수 있으나, 사이클 수명이 짧다는 과제가 있어 다양한 개선안이 제안되고 있다.As a negative electrode active material of a lithium secondary battery, a powder made of a carbon material has been conventionally used. However, carbon materials have a low theoretical capacity of 372 mAh / g, and there is a limit to higher capacities. Therefore, in recent years, application of metal materials with a theoretical capacity higher than carbon materials, such as Sn and Si, has been examined and put into practice. Si in particular is a promising material with a theoretical capacity in excess of 4000 mAh / g. When a metallic material to replace these carbons is used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery, a high capacity can be obtained. However, various improvements have been proposed due to a short cycle life.

예를 들어 특개 2004-95469호 공보(특허문헌1)에는 활물질상이 미세화되어 미세한 활물질상의 주위가 불활성상으로 포위되면 충방전 중의 활물질상의 체적 변화가 억제되어 사이클 수명이 향상된다고 기재되어 있고, 메커니컬 글라인딩 처리(MG법)로 사이클 수명을 향상시키고 있다. 즉 이 문헌에는 용탕에서 급냉해 얻은 음극 재료를 볼밀형 장치(아트라이터, 진동 볼밀, 유성 볼밀 등)로 메커니컬 글라인딩 처리(갈아 으깨어 분쇄 및 조립)함으로써 활성질상이 미세화되어 미세한 활성질상의 주위가 불활성상으로 포위되고, 충방전 중의 활물질상의 체적 변화가 억제되어 사이클 수명이 향상된다고 나타나 있다.For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-95469 (Patent Document 1) discloses that when the active material phase becomes fine and the surroundings of the fine active material phase are surrounded by an inactive phase, the volume change of the active material phase during charging and discharging is suppressed, thereby improving cycle life. The cycle life is improved by the grinding process (MG method). That is, in this document, mechanically grinding (pulverizing, crushing and assembling) a negative electrode material obtained by quenching in a molten metal by using a ball mill-type apparatus (attritor, vibrating ball mill, planetary ball mill, etc.) to refine the active phase, thereby surrounding the fine active phase. Is surrounded by an inert phase, it is shown that the volume change of the active material phase during charging and discharging is suppressed and the cycle life is improved.

또한 특개 2009-32644호 공보(특허문헌2)에서는 Si, Al 및 그 외의 첨가 원소를 포함한 합금 조성 리본을 액체 단롤 초급냉법으로 제작해 아몰퍼스 합금 혹은 미결정 합금을 얻고 있다. 이 특허문헌2의 실시예에 기재된 합금 가운데 특히 미세화 효과가 높은 Fe, Ni, Cr, Zr를 포함한 실시예 12~14의 합금에서는 아몰퍼스상이 얻어지고 이를 소정 온도에서 열처리함으로써 50nm이하의 초미세 결정을 얻고 있다.Moreover, in Unexamined-Japanese-Patent No. 2009-32644 (patent document 2), the alloy composition ribbon containing Si, Al, and other additive elements was produced by the liquid short-roll supercooling method, and an amorphous alloy or a microcrystalline alloy is obtained. In the alloys of Examples 12 to 14 including Fe, Ni, Cr, and Zr having a high refining effect, among the alloys described in Examples of Patent Document 2, an amorphous phase was obtained, and an ultrafine crystal of 50 nm or less was formed by heat treatment at a predetermined temperature. Getting

참고로 이 특허문헌2의 실시예 12~14의 조성은, 원자%로 Si가 55%, Al가 20%, Fe가 10%, Zr가 5%, Ni가 5%, Cr가 5%이며 Materials Transactions, JIM, Vol. 38, No. 12(1997), pp. 1095~1099(Tohoku University)(비특허문헌1)에 기재된 합금과 완전히 동일하며, 이 비특허문헌1의 기재와 같이 조성이 Si계 아몰퍼스 합금으로 알려져 있다. For reference, the compositions of Examples 12 to 14 of this Patent Document 2 are atomic%, Si is 55%, Al is 20%, Fe is 10%, Zr is 5%, Ni is 5% and Cr is 5%. Transactions, JIM, Vol. 38, No. 12 (1997), pp. 1095-1099 (Tohoku'University) (Non-Patent Document 1) are completely the same as the alloy, and the composition is known as Si-based amorphous alloy as described in this Non-Patent Document 1.

이와 같이 리튬 2차 전지 음극 물질용 Si 합금에는 사이클 수명을 향상시키기 위해 조직 미세화가 필요하다는 사실이 알려졌고, MG법이나 아몰퍼스 합금의 적용이 검토되고 있다. 아몰퍼스 합금을 적용하는 방법은 MG법과 같이 처리 중에 산소 등의 불순물이 증가할 우려가 없어 효과적이라 사료된다. 특히 아몰퍼스 합금을 얻기 위해 효과적인 첨가 원소로는 Zr를 들 수 있다. 예를 들어 비특허문헌1에는 Zr 첨가에 의해 아몰퍼스 단상을 얻을 수 있는 Si 함유량의 영역이 55%까지 확장된다고 기재되어 있다. As described above, it has been known that the Si alloy for lithium secondary battery negative electrode material requires microstructure in order to improve the cycle life, and the application of the MG method and the amorphous alloy has been studied. It is considered that the method of applying the amorphous alloy is effective because there is no fear of increasing impurities such as oxygen during the treatment like the MG method. Particularly effective additive elements for obtaining amorphous alloys include Zr. For example, Non-Patent Document 1 describes that the region of Si content in which the amorphous single phase can be obtained by Zr addition is extended to 55%.

그러나 Zr은 Si, Al, Fe, Ni, Cr에 비해 매우 고가의 원료이기 때문에 리튬 2차 전지 음극용의 합금 첨가 원소로는 첨가량을 낮게 억제할 수밖에 없다.However, since Zr is a very expensive raw material compared with Si, Al, Fe, Ni, and Cr, the addition amount is inevitably suppressed as an alloying element for a lithium secondary battery negative electrode.

이처럼 앞서 서술한 특허문헌1의 경우에는 MG법이 산소 등의 불순물 혼입이나 처리 비용의 문제가 있고, 또한 특허문헌2나 비특허문헌1과 같이 아몰퍼스 합금의 적용은 Zr과 같은 고가의 원료를 사용하기 때문에 높은 비용이 문제가 됐다.As described above, in the case of Patent Document 1 described above, the MG method has a problem of impurity incorporation such as oxygen or treatment cost. Also, as in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, the application of amorphous alloy uses an expensive raw material such as Zr. This was a problem because of the high cost.

선행 기술 문헌Prior art literature

특허문헌Patent literature

특허문헌1: 일본 특개 2004-95469호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-95469

특허문헌2: 일본 특개 2009-32644호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2009-32644

비특허문헌 Non Patent Literature

비특허문헌1: Materials Transactions, JIM, Vol. 38, No. 12(1997), pp. 1095~1099(Tohoku University)[Non-Patent Document 1] Materials-Transactions, JIM, Vol. 38, No. 12 (1997), pp. 1095-1099 (Tohoku University)

본 발명자들은 Zr을 대신하는 아몰퍼스화 촉진 원소로 비교적 저렴한 Ti를 첨가함으로써 리튬 2차 전지 음극 물질로 유용한 Si계 아몰퍼스 합금을 제공할 수 있다는 지견을 얻었다. The present inventors have found that by adding relatively inexpensive Ti as an amorphousization promoting element in place of Zr, it is possible to provide a Si-based amorphous alloy useful as a lithium secondary battery negative electrode material.

따라서 본 발명의 목적은 원료비가 저렴하고 리튬 2차 전지의 사이클 특성에 뛰어나며 아몰퍼스성도 뛰어난 Si 합금을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은 이런 Si 합금을 포함한 리튬 2차 전지 음극 물질을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a Si alloy having a low raw material cost, excellent cycle characteristics of a lithium secondary battery, and excellent amorphousness. It is another object of the present invention to provide a lithium secondary battery negative electrode material including such Si alloy.

본 발명의 한 양태에 의하면 원자%로According to one aspect of the invention in atomic percent

Al:15~40%,Al: 15-40%,

Ti:1~20%,Ti: 1-20%

Ta 및 W의 1종 또는 2종: 합계로 0~3%,1 or 2 types of Ta and W: 0-3% in total,

Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상: 합계로 0~30%,1 type or 2 types or more of Fe, Ni and Cr: 0-30% in total,

Zr:0~10%Zr : 0 ~ 10%

를 포함하고, 잔부 Si 및 불가피한 불순물로 이루어진 리튬 2차 전지 음극 물질용 Si 합금이 제공된다.A Si alloy for a lithium secondary battery negative electrode material comprising a residual Si and an unavoidable impurity is provided.

본 발명의 한 양태에 의하면 원자%로According to one aspect of the invention in atomic percent

Al:15~40%,Al: 15-40%,

Ti:1~20%,Ti: 1-20%

Ta 및 W의 1종 또는 2종: 합계로 0~3%,1 or 2 types of Ta and W: 0-3% in total,

Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상: 합계로 0~30%,1 type or 2 types or more of Fe, Ni and Cr: 0-30% in total,

Zr:0~10%Zr : 0 ~ 10%

를 포함하고, 잔부 Si 및 불가피한 불순물로부터 이루어진 Si 합금을 포함하는 리튬 2차 전지 음극 물질이 제공된다.A lithium secondary battery negative electrode material comprising: and a Si alloy comprising residual Si and inevitable impurities is provided.

도 1은 Zr를 첨가한 급냉 리본의 X선 회절 패턴이다.
도 2는 Ti를 첨가한 급냉 리본의 X선 회절 패턴이다.
도 3은 Ti 및 Zr를 모두 첨가하지 않은 급냉 리본의 X선 회절 패턴이다.
1 is an X-ray diffraction pattern of a quench ribbon to which Zr is added.
2 is an X-ray diffraction pattern of a quench ribbon to which Ti is added.
3 is an X-ray diffraction pattern of a quench ribbon without adding both Ti and Zr.

본 발명의 리튬 2차 전지 음극 물질용 Si 합금은 원자%로 Al:15~40%, Ti:1~20%, Ta 및 W의 1종 또는 2종: 합계로 0~3%, Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상: 합계 0~30%, Zr:0~10%, 잔부 Si 및 불가피한 불순물을 포함하고, 바람직하기는 이런 성분으로부터 실질적으로 이루어지고, 더 바람직하기는 이들 성분만으로 구성된다.Si alloy for lithium secondary battery negative electrode material of the present invention is atomic% Al: 15-40%, Ti: 1-20%, one or two of Ta and W: 0-3% in total, Fe, Ni And one or two or more kinds of Cr: 0 to 30% in total, Zr: 0 to 10%, balance Si and unavoidable impurities, preferably substantially from these components, and more preferably only with these components. It is composed.

본 발명의 특징 중 하나는 Zr을 대신하는 아몰퍼스화 촉진 원소로서 Ti를 발견했다는 데 있다. 도1~3은 급냉 합금 리본의 아몰퍼스 형성능을 X선 회절법(XRD)으로 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 이들 도면에 나타난 바와 같이 아몰퍼스상을 갖는 시료의 X선 회절을 측정하면 아몰퍼스 특유의 광범위한 할로 패턴(broad halo pattern)이 보인다. 또한 완전한 아몰퍼스가 아니라 아몰퍼스와 결정이 혼재한 시료의 경우는 할로 패턴 외에 반값폭(회절 피크 절반의 높이폭)이 비교적 넓은 회절 피크를 보인다. 이 피크는 혼재하는 결정상의 존재량과 관계가 있어 반값폭의 넓이로 합금 아몰퍼스 형성능을 평가할 수 있다.One of the features of the present invention is the discovery of Ti as an amorphization promoting element replacing Zr. 1 to 3 are diagrams showing the results of the amorphous forming ability of the quench alloy ribbon measured by X-ray diffraction (XRD). As shown in these figures, X-ray diffraction of a sample having an amorphous phase shows a broad halo pattern unique to the amorphous phase. In addition, in the case of a sample which is not a perfect amorphous but a mixture of amorphous and crystal, a diffraction peak having a relatively wide half value width (half the width of the diffraction peak) in addition to the halo pattern is shown. This peak is related to the amount of mixed crystal phases present, and the alloy amorphous forming ability can be evaluated with a half width.

본 발명자들은 이 패턴의 반값폭을 상세하게 검토해, 본 합금계의 Ti 첨가가 매우 효과적이라는 사실을 발견했다. 예를 들어 도 1은 Zr를 첨가한 급냉 리본의 X선 회절 패턴이며, 도 2는 Ti를 첨가한 급냉 리본의 X선 회절 패턴이다. 모두 명확한 할로 패턴이 보인다. 한편 도 3은 Ti, Zr을 첨가하지 않은 급냉 리본의 X선 회절 패턴이며 명확한 할로 패턴이 보이지 않는다. 이처럼 Ti는 Zr과 마찬가지로 아몰퍼스 형성능을 개선하는 유효한 첨가 원소라는 사실을 발견했다. 또한 Ti는 Zr에 비해 원료비가 저렴하다.The present inventors examined the half value width of this pattern in detail and found out that Ti addition of this alloy system was very effective. For example, FIG. 1 is an X-ray diffraction pattern of the quench ribbon to which Zr was added, and FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of the quench ribbon to which Ti was added. All looks clear halo pattern. 3 is an X-ray diffraction pattern of a quench ribbon without addition of Ti and Zr, and a clear halo pattern is not seen. As such, Ti was found to be an effective additive element that improves amorphous forming ability, similar to Zr. In addition, Ti has a lower raw material cost than Zr.

이하 본 발명의 Si 합금 성분 조성의 범위를 정한 이유에 대해 서술한다. 또한 특별한 경우를 제외하고 이하의 설명에서 %는 원자%를 의미한다.Hereinafter, the reason which defined the range of the Si alloy component composition of this invention is described. In addition, in the following description,% means atomic% except a special case.

Al는 아몰퍼스화를 촉진하기 위한 필수 원소이며, 그 함유량은 15~40%, 바람직하기는 18~30%, 더 바람직하기는 20~26%이다. Al 함유량이 15% 미만이면 아몰퍼스화의 촉진 효과가 충분하지 않고 40% 초과이면 분말이 활성화되어 분진 폭발의 우려가 있다. Al is an essential element for promoting amorphousization, and the content thereof is 15 to 40%, preferably 18 to 30%, more preferably 20 to 26%. If the Al content is less than 15%, the effect of promoting amorphization is not sufficient, and if the Al content is more than 40%, the powder is activated and there is a fear of dust explosion.

Ti는 Zr를 대신할 원료비가 비교적 저렴하고 아몰퍼스화를 촉진하기 위한 필수 원소이며, 그 함유량은 1~20%, 바람직하기는 2~15%, 더 바람직하기는 3~10%이다. Ti 함유량이 1% 미만이면 아몰퍼스화 촉진의 효과가 충분하지 않고 20% 초과이면 아몰퍼스 형성능이 저하된다. Ti is a relatively inexpensive raw material cost to replace Zr and is an essential element for promoting amorphousization, and the content thereof is 1 to 20%, preferably 2 to 15%, and more preferably 3 to 10%. If Ti content is less than 1%, the effect of promotion of amorphousization will not be enough, and if it is more than 20%, amorphous forming ability will fall.

Ta 및 W는, 애토마이즈법에 의한 분말 제조를 안정화시키기 위한 임의 원소이며, 이들 1종 또는 2종을 필요에 따라서 합계 3% 이하, 바람직하기는 0.2~2%, 더 바람직하기는 0.5~1% 범위로 첨가해도 좋다. Ta 및 W의 합계 함유량이 3%를 초과하면 고융점 재료인 Ta 및 W가 녹아 남게 되어 합금 조성이 안정적이지 않다. Ta and W are arbitrary elements for stabilizing powder production by the atomization method, and these one or two types are 3% or less in total, Preferably it is 0.2-2%, More preferably, it is 0.5- You may add in 1% of range. When the total content of Ta and W exceeds 3%, Ta and W, which are high melting point materials, are dissolved and the alloy composition is not stable.

특히 Ta 및/또는 W를 상기 함유량의 범위로 첨가함으로써 애토마이즈법의 합금 용탕의 출탕(出湯)을 원활하게 할 수 있다. 이 작용의 상세 원리는 불명확하지만 다음과 같은 요인이 추측된다. 일반적으로 애토마이즈로 제조한 분말은 Fe 합금, Ni 합금, Co 합금, Cu 합금 등이며, 비중은 8Mg/m3 안팎이다. 이에 비해 본 발명의 합금은 Si 합금이며 비중은 3Mg/m3 정도다. In particular, by adding Ta and / or W in the above-described content range, the tapping of the molten alloy of the atomizing method can be smoothed. The detailed principle of this action is unclear, but the following factors are assumed. Generally, the powder prepared by atomization is Fe alloy, Ni alloy, Co alloy, Cu alloy and the like, and the specific gravity is about 8Mg / m 3 or more. In contrast, the alloy of the present invention is a Si alloy and the specific gravity is about 3Mg / m 3 .

애토마이즈법에서는 내화물 등의 도가니(감과) 안에서 합금을 용해하고 이 용탕을 도가니 하부의 노즐로 출탕해 불활성 가스 등으로 분무한다. 이때 노즐부를 통과하는 용탕은 도가니 안에 잔존하는 합금 용탕의 무게를 받고 이 하중에 밀리듯 노즐로 출탕된다. 따라서 애토마이즈 후반에 나머지 합금 용탕은 소량으로 줄고 서서히 하중이 작아지므로 노즐을 통한 출탕이 불안정해진다. 특히 비중의 작은 Si 합금에서 이 현상은 현저히 나타난다. 비중이 큰 원소인 Ta 및/또는 W를 소량 첨가함으로써 노즐을 통한 출탕이 원활해질 가능성이 있다. In the atomizing method, an alloy is dissolved in crucibles such as refractory materials, and the molten metal is tapped with a nozzle below the crucible and sprayed with an inert gas or the like. At this time, the molten metal passing through the nozzle part receives the weight of the alloy molten metal remaining in the crucible and taps into the nozzle as if it is subjected to this load. Therefore, in the second half of atomization, the remaining alloy molten metal decreases in small amount and the load gradually decreases, so that tapping through the nozzle becomes unstable. This phenomenon is particularly pronounced in small Si alloys with specific gravity. By adding a small amount of Ta and / or W, which are elements having a high specific gravity, tapping through the nozzle may be smooth.

Fe, Ni 및 Cr은 아몰퍼스화를 촉진하기 위한 임의 원소이며, 이들 원소의 1종 또는 2종 이상을 필요에 따라 합계 30% 이하, 바람직하기는 10~28%, 더 바람직하기는 15~25%의 범위로 첨가해도 좋다. Fe, Ni 및 Cr의 합계 함유량이 30%를 초과하면 아몰퍼스 형성능이 저하된다. Fe, Ni, and Cr are arbitrary elements for promoting amorphousization, and 30% or less in total, preferably 10 to 28%, more preferably 15 to 25% of one or two or more of these elements as necessary. You may add in the range of. When the total content of Fe, Ni and Cr exceeds 30%, the amorphous forming ability is lowered.

Zr는 아몰퍼스화를 촉진하기 위한 임의 원소이며, 필요에 따라 10% 이하, 바람직하기는 4% 이하, 더 바람직하기는 3% 이하의 범위로 첨가해도 좋다. 10%를 초과해 첨가하면 효과가 포화되어 원료비가 상승한다.Zr is an arbitrary element for promoting amorphousization, and may be added in an amount of 10% or less, preferably 4% or less, and more preferably 3% or less, as necessary. Adding more than 10% saturates the effect and increases the raw material cost.

실시예 Example

실시예 1:Example 1 아몰퍼스Amorphous 형성능의Constitutive 평가 evaluation

표 1에 나타난 샘플 No. 1~18의 성분 조성 리본을 단롤식 액체 급냉 장치로 제작했다. 모재는 미리 아크 용해로 제작해 두었다. 그 용해량은 10g으로 급냉 리본의 경우는 액체 급냉 장치의 노즐 지름을 약 1mm, 동(銅) 롤의 직경은 300mm, 회전수는 3000rpm으로 했다. 제작한 급냉 리본에 관해 X선 회절 패턴의 반값폭을 측정함으로써 아몰퍼스 형성능을 평가했다. 또한 X선 회절 시료로는 유리판에 급냉 리본을 붙인 것을 이용했다. 이때 급냉 리본의 동 롤과 접촉했던 면을 피검면으로 했다. Sample No. shown in Table 1 The component composition ribbon of 1-18 was produced with the single-roll liquid quenching apparatus. The base material was produced by arc melting in advance. The amount of melt | dissolution was 10 g, and in the case of a quenching ribbon, the nozzle diameter of the liquid quenching apparatus was about 1 mm, the diameter of the copper roll was 300 mm, and the rotation speed was 3000 rpm. The amorphous forming ability was evaluated by measuring the half value width of the X-ray diffraction pattern about the produced quench ribbon. As the X-ray diffraction sample, one having a quench ribbon attached to a glass plate was used. At this time, the surface which contacted the copper roll of the quench ribbon was made into the to-be-tested surface.

앞서 서술한 바와 같이 아몰퍼스상으로 이루어진 시료의 X선 회절을 측정했더니 결정에서 기인되는 샤프한 회절 피크가 보이지 않았고, 아몰퍼스 특유의 광범위한 할로 패턴이 보였다. 완전한 아몰퍼스가 아니라 아몰퍼스와 결정이 혼재하는 시료의 경우는 할로 패턴 외에 반값폭(회절 피크 절반의 높이폭)의 비교적 넓은 회절 피크가 보였다. 이 피크는 혼재하는 결정상의 존재량과 관계가 있고, 이 반값폭의 넓이에 의해 합금의 아몰퍼스 형성능을 평가할 수 있다. As described above, when the X-ray diffraction of the amorphous phase sample was measured, no sharp diffraction peaks caused by the crystals were observed, and a broad halo pattern peculiar to the amorphous phase was observed. In the case of a mixture of amorphous and crystal, not a perfect amorphous, a relatively wide diffraction peak of half width (half the height of the diffraction peak) was observed in addition to the halo pattern. This peak is related to the amount of mixed crystal phases present, and the amorphous forming ability of the alloy can be evaluated by the width of the half value width.

합금의 아몰퍼스 형성능을 X선 회절 패턴으로부터 이하의 기준으로 판정했다.The amorphous forming ability of the alloy was determined based on the following criteria from the X-ray diffraction pattern.

◎:명확한 할로 패턴이 보였다. (Double-circle): The clear halo pattern was seen.

○:명확한 할로 패턴은 보이지 않았지만 메인 피크의 반값폭이 0.7°이상이다. (Circle): A clear halo pattern was not seen, but the half width of a main peak is 0.7 degrees or more.

×:명확한 할로 패턴이 보이지 않고 메인 피크의 반값폭이 0.7°미만이다.X: The clear halo pattern is not seen, and the half width of the main peak is 0.7 ° or less.

실시예 2: Example 2: 애토마이즈에서의At Atomized 탕 흐름성 평가 Tang Flowability Assessment

표 1에 나타난 샘플 No. 2, 8~10, 15 및 16의 조성 분말을 기체애토마즈법으로 제조하였다. 알루미늄제 도가니 안에서 감압 아르곤 분위기 하에서 유도 용해로 용해량 800g을 용해하고 노즐 지름 3mm의 노즐로 출탕해 질소 기체로 애토마이즈했다. 이때 출탕 후반에 노즐를 통해 출탕된 합금 용탕의 흔들림(탕 흔들림)과 출탕 후의 잔존물을 확인했다.Sample No. shown in Table 1 Composition powders of 2, 8 to 10, 15 and 16 were prepared by the gas atomization method. In an aluminum crucible, 800 g of an induction melting furnace melt | dissolution melt | dissolved in the pressure-reduced argon atmosphere, was melted with the nozzle of nozzle diameter 3mm, and it was atomized with nitrogen gas. At this time, the shaking of the molten alloy melted out through the nozzle in the second tapping and the residue after tapping were confirmed.

실시예 3: 폭발성의 평가Example 3: Evaluation of Explosive Properties

표 1에 나타난 샘플 No. 5 및 12에 대해서는 급냉 리본을 아르곤 분위기 하에서 막자사발로 분쇄해 -45μm으로 분급한 후, 폭발 테스트를 실시해 폭발성을 평가했다. 폭발 테스트는 하르트만식 분진 폭발 시험 장치를 이용해 0.5mg의 중량으로 시험했다. Sample No. shown in Table 1 For 5 and 12, the quench ribbon was pulverized with a mortar in an argon atmosphere, classified at -45 µm, and then subjected to an explosion test to evaluate explosiveness. The explosion test was tested with a weight of 0.5 mg using the Hartmann dust explosion test apparatus.

Figure pct00001
Figure pct00001

표 1에 나타난 샘플 No. 1~10은 본 발명의 예시이며 샘플 No. 11~18은 비교예이다.Sample No. shown in Table 1 1-10 are exemplifications of the present invention, and sample no. 11-18 is a comparative example.

표 1에 나타난 결과로부터 본 발명의 범위 내의 합금 조성이 아몰퍼스 형성능에 뛰어나다는 것을 알았다. 또한 Ta 및/또는 W의 첨가에 의해 애토마이즈 시의 출탕이 안정화된다는 것도 알았다. 또한 샘플 No. 5와 샘플 No. 12의 비교로부터 본 발명의 범위 내의 합금 조성이라면 Al에 의한 폭발성이 작다는 것을 알았다.From the results shown in Table 1, it was found that the alloy composition within the scope of the present invention is excellent in amorphous forming ability. It has also been found that tapping during atomization is stabilized by the addition of Ta and / or W. Sample No. 5 and Sample No. It was found from the comparison of 12 that the explosiveness by Al was small as long as it was an alloy composition within the scope of the present invention.

즉 샘플 No. 11은 Al 함유량이 낮기 때문에 아몰퍼스 형성능이 떨어진다. 샘플 No. 12는 Al 함유량이 높기 때문에 아몰퍼스 형성능은 있지만 분진 폭발이 발생한다. 샘플 No. 13은 Ti 함유량이 낮기 때문에 아몰퍼스 형성능이 떨어진다. 샘플 No. 14는 Ti 함유량이 높기 때문에 아몰퍼스 형성능이 떨어진다. 샘플 No. 15는 W 함유량이 높기 때문에 애토마이즈 시에 용잔(溶殘; 녹고 남는) 현상이 발생했다.Sample No. 11 is inferior in amorphous forming ability because of low Al content. Sample No. 12 has a high Al content, but has an amorphous forming ability, but a dust explosion occurs. Sample No. 13 is inferior in amorphous forming ability because Ti content is low. Sample No. Since 14 has high Ti content, amorphous forming ability is inferior. Sample No. Since 15 had a high W content, a melting glass phenomenon occurred at the time of atomization.

또한 샘플 No. 16은 Ta 함유량이 높기 때문에 애토마이즈 시에 용잔 현상이 발생했다. 샘플 No. 17은 Fe, Ni 및 Cr의 합계 함유량이 높기 때문에 아몰퍼스 형성능이 떨어진다. 샘플 No. 18은 Zr 함유량이 높아 아몰퍼스 형성능에 뛰어나지만 원료비가 상승해 고비용이라는 문제가 있다. 이에 비해 샘플 No. 1~10은 모두 본 발명의 조건을 만족하고 아몰퍼스 형성능, 애토마이즈 시의 출탕 안정화를 도모해 탕 흐름성이 뛰어나며 또한 폭발성도 작다는 것을 알 수 있다.Sample No. Since 16 had a high Ta content, a molten metal phenomenon occurred at the time of atomization. Sample No. 17 is inferior in amorphous forming ability because the total content of Fe, Ni and Cr is high. Sample No. 18 is excellent in amorphous forming ability because of high Zr content, but there is a problem that raw material cost rises and high cost. In comparison, the sample No. It can be seen that 1 to 10 all satisfy the conditions of the present invention, promote the amorphous forming ability and stabilization of tapping at the time of atomization, and exhibit excellent melt flow properties and low explosiveness.

이와 같이 본 발명에 의한 Zr를 대신할 아몰퍼스화 촉진 원소로 Ti를 이용함으로써 원료비가 저렴해지고, 리튬 2차 전지에서 뛰어난 사이클 특성을 가지며 아몰퍼스성에도 뛰어난 Si 합금을 저비용으로 제공할 수 있게 했다.Thus, by using Ti as an amorphousization promoting element to replace Zr according to the present invention, the raw material cost is low, and it is possible to provide a Si alloy having excellent cycle characteristics and excellent amorphousness in a lithium secondary battery at low cost.

Claims (8)

원자%로,
Al:15~40%,
Ti:1~20%,
Ta 및 W의 1종 또는 2종:합계로 0~3%,
Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상:합계로 0~30%,
Zr:0~10%
를 포함하고, 잔부 Si 및 불가피한 불순물로 이루어지는 리튬 2차 전지 음극 물질용 Si 합금.
nuclear pile,
Al: 15-40%,
Ti: 1-20%
One kind or two of Ta and W: 0-3% in total,
1 type or 2 types or more of Fe, Ni, and Cr: 0-30% in total,
Zr : 0 ~ 10%
Si alloy for a lithium secondary battery negative electrode material, comprising a balance Si and inevitable impurities.
제1항에 있어서, Ta 및 W의 1종 또는 2종을 합계로 0% 초과 3% 이하 함유하는 것인 Si 합금.The Si alloy according to claim 1, wherein one or two of Ta and W are contained in total of more than 0% and 3% or less. 제1항에 있어서, Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상을 합계로 0% 초과 30% 이하 함유하는 것인 Si 합금.The Si alloy according to claim 1, wherein one or two or more of Fe, Ni, and Cr are contained in total of more than 0% and 30% or less. 제1항에 있어서, Zr를 0% 초과 10% 이하 함유하는 것인 Si 합금.The Si alloy according to claim 1, which contains more than 0% and 10% or less of Zr. 원자%로,
Al:15~40%,
Ti:1~20%,
Ta 및 W의 1종 또는 2종:합계로 0~3%,
Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상:합계로 0~30%,
Zr:0~10%
를 포함하고, 잔부 Si 및 불가피한 불순물로 이루어지는 Si 합금을 포함하는 리튬 2차 전지 물질.
nuclear pile,
Al: 15-40%,
Ti: 1-20%
One kind or two of Ta and W: 0-3% in total,
1 type or 2 types or more of Fe, Ni, and Cr: 0-30% in total,
Zr : 0 ~ 10%
And a Si alloy comprising a balance Si and an unavoidable impurity.
제5항에 있어서, 상기 Si 합금이 Ta 및 W의 1종 또는 2종을 합계로 0% 초과 3% 이하 함유하는 것인 리튬 2차 전지 음극 물질.6. The lithium secondary battery negative electrode material according to claim 5, wherein the Si alloy contains one or two of Ta and W in total of more than 0% and 3% or less. 제5항에 있어서, 상기 Si 합금이 Fe, Ni 및 Cr의 1종 또는 2종 이상을 합계로 0% 초과 30% 이하 함유하는 것인 리튬 2차 전지 음극 물질.6. The lithium secondary battery negative electrode material according to claim 5, wherein the Si alloy contains one, two or more of Fe, Ni, and Cr in total of more than 0% and 30% or less. 제5항에 있어서, 상기 Si 합금이 Zr를 0% 초과 10% 이하 함유하는 것인 리튬 2차 전지 음극 물질.6. The lithium secondary battery negative electrode material of claim 5, wherein the Si alloy contains greater than 0% and no greater than 10% Zr.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016085190A1 (en) * 2014-11-25 2016-06-02 Iljin Electric Negative active material for secondary battery and secondary battery using the same

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6231760B2 (en) * 2013-04-09 2017-11-15 山陽特殊製鋼株式会社 Si alloy powder for negative electrode active material of lithium ion secondary battery and method for producing the same
KR101620849B1 (en) * 2014-01-20 2016-05-13 일진전기 주식회사 Negative active material for lithium secondary battery
JP6211961B2 (en) * 2014-03-13 2017-10-11 山陽特殊製鋼株式会社 Negative electrode materials for electricity storage devices
JP6642822B2 (en) * 2015-12-25 2020-02-12 株式会社豊田自動織機 MSix (M is at least one element selected from Group 3 to 9 elements, where 1/3 ≦ x ≦ 3) -containing silicon material and method for producing the same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002367602A (en) * 2001-06-06 2002-12-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary cell
JP2004006206A (en) * 2001-09-28 2004-01-08 Toshiba Corp Negative electrode material for nonaqueous electrolyte battery, negative electrode, nonaqueous electrolyte battery, and manufacturing method of negative electrode material
US7498100B2 (en) * 2003-08-08 2009-03-03 3M Innovative Properties Company Multi-phase, silicon-containing electrode for a lithium-ion battery
JP5030414B2 (en) * 2004-11-15 2012-09-19 パナソニック株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5072323B2 (en) * 2005-11-17 2012-11-14 パナソニック株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery
KR101463112B1 (en) * 2007-12-18 2014-11-21 삼성에스디아이 주식회사 Composite anode active material, method of preparing the same, and anode and lithium battery containing the material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016085190A1 (en) * 2014-11-25 2016-06-02 Iljin Electric Negative active material for secondary battery and secondary battery using the same

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