리튬 이온 이차전지용 철이 도핑된 리튬 과잉 산화물 양극활물질 및 이의 제조방법

장기 사이클 안정성 철 도핑 리튬망간산화물(LMO)

본 발명은 리튬 이온 이차전지용 양극활물질에 관한 것으로, 철이 도핑된 리튬 과잉 산화물 양극활물질과 제조방법에 관한 것입니다.

이차전지 중 층상구조를 가진 양극소재를 이용한 리튬이온배터리 (LIB)가 가장 높은 에너지 밀도를 가지기 때문에 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 3원계 배터리인 NCM 배터리이를 많이 사용하지만 메장지역이 한정되어 있고 가격이 비싸 과리튬 층상계 산화물(overlithiated layered oxide, OLO)물질인 Li2MnO3(LMO)에 관한 연구가 진행되고 있지만 수명 안정성이 낮다는 단점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 기술은 철을 도핑하여 원가를 절감하고, 구조안정성 향상과 율속특성 향상 효과를 높이는 방법을 제안합니다.

본 기술의 양극활물질은 Li2MnO3에 비싼 코발트와 니켈을 전혀 사용하지 않고 값이 싸 고 친환경적 철을 도핑하여 비용절감 효과와 기존의 LiNiMnCoO2(NCM)배터리 만큼의 용량과 장기 사이클 안정성을 가진 우수한 성능을 가지고 있는 이치전지산업에 활용될 획기적 기술입니다.

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Key Features:

• 리튬망간산화물(LMO)에 철이 도핑되며, 화학식 Li2Mn1-xFexO3로 표시되는 양극활물질 제공
• 용매에 리튬 공급 화합물, 망간 공급 화합물 및 철 공급 화합물을 혼합한 뒤, 킬 레이트제(chelating agent)와 염기성 용액 첨가
• 반응용액을 건조하여 겔을 얻은 후 열처리 하여 전구체 확보
• O2 분위기에서 850 내지 950 ℃에서 3 내지 7 시간 동안 열처리

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본 기술은 한국연구재단의 리튬 음극 기반 고용량 에너지 저장을 위한 기능성계면 구조 연구과제 지원을 통해 개발되었습니다.

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