본 발명은 실리콘(Si) 30 at% 내지 60at%, 알루미늄(Al) 15 at% 내지 50 at%, 철(Fe) 5 at% 내지 25 at%, 구리(Cu) 0.1 at% 내지 5 at% 및 니켈(Ni) 1at% 내지 25 at%를 포함하는 비활성 매트릭스 및 상기 비활성 매트릭스에 균일하게 분산 석출된 활성 실리콘 나노입자를 포함하는 리튬이차전지용 음극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다. 따라서 본 발명의 리튬이차전지는 충·방전 진행 시 리튬 이온의 인터칼레이션(intercalation)에 의한 실리콘 입자의 팽창응력을 견딜 수 있는 항복강도를 가져서, 충·방전 진행 시 음극활물질의 부피 팽창 및 수축에 의한 입자 미분화가 억제될 수 있어 수명 특성이 향상될 수 있다.

본 발명은 Si-M-Fe-Mn 조성을 가지는 Si계 Amorphous 합금을 열처리하여, 비활성 금속 결정질 매트릭스 상에 100 nm 이하 직경의 활성금속인 결정질 Si 상이 균일하게 분산 석출된 미세조직을 갖는 리튬이차전지용 음극활물질의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조된 리튬이차전지용 음극활물질, 상기 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지용 음극 및 상기 음극을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.

본 발명은 다공성 산화철 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로 본 발명의 이차전지용 음극활물질은 연속적인 충·방전과정에도 리튬의 삽입과 탈리에 의한 산화철의 부피변화가 최소화되어, 상기 음극활물질을 도입한 이차전지의 용량 특성 및 수명특성을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 이차전지용 음극활물질 제조방법은 친환경적이며 간단한 공정에 의해 대량 생산이 가능한 산화철 나노입자를 포함하는 이차전지용 음극활물질 제조방법을 제공한다.

개시된 실리콘 기반의 음극 활물질은, 비정질상을 가지며, 실리콘, 티타늄 및 철의 합금을 포함한다. 실리콘의 원소 비율은 80 at% 내지 84 at%이다. 상기 실리콘 기반의 음극 활물질은, 티타늄 및 철의 농도 불균일에 의한 물결 형상의 패턴을 갖는다.

배터리용 전극 제조방법은, 기판 상에 금속 전구체를 나노로드(nano-rod) 형태로 형성하는 단계(단계 S100), 소정 면적을 가지는 면광원을 인가하여, 상기 금속 전구체를 나노로드 형태의 산화금속 또는 금속으로 변화하는 단계(단계 S200), 및 상기 나노로드 형태의 산화금속 또는 금속이 형성된 기판으로 리튬(lithium)을 증착하여 전극을 형성하는 단계(단계 S300)를 포함한다. 이를 통해, 리튬의 균일 전착을 유도함으로써 배터리의 수명과 용량을 향상시킬 수 있다.