본 기술은 LiV3O8 입자 표면에 불화알루미늄(AlF3) 코팅층을 형성한 수계 전해액 리튬 이차전지용 음극 소재와 그 제조방법입니다. LiV3O8과 금속 불화물 전구체 용액을 혼합해 건조한 뒤 아르곤 분위기에서 하소하여 코팅층을 만듭니다.
수계 리튬 이차전지는 비수계 전해질의 가연성·독성 문제를 피할 수 있지만, 물의 좁은 전기화학 안정 범위 때문에 쓸 수 있는 음극 재료가 제한적이었습니다. 유력한 음극 후보인 LiV3O8도 낮은 전자 전도성, 바나듐 이온 용해, 원치 않는 부반응 생성물 때문에 사이클 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 AlF3 코팅층이 수계 전해액과 활물질의 직접 접촉을 줄여 바나듐 이온 용해와 표면 결함을 감소시키고 부반응 성분 형성을 막는 동시에 리튬 이온 확산을 촉진합니다. 코팅량을 0.1~3 중량%로 조절해 전도성 저하 없이 표면 안정성을 높이도록 설계되었습니다. 대용량 에너지 저장 장치용 수계 리튬 이차전지 음극에 적용될 수 있어 화재 위험이 낮은 전지의 수명을 늘리는 데 기여할 수 있습니다.
본 발명은 미래부의 이차전지 용량 한계 극복을 위한 자발적 이온 교환을 통한 egg-shell 구조 양극재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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