본 기술은 트리페닐 보레이트 등 화학식 1의 붕소 화합물을 전해질 첨가제로 사용하여 니켈 함량 50~70wt%의 니켈-리치 양극을 갖는 리튬이온전지를 구성하는 기술입니다. 충방전 과정에서 첨가제가 양극 표면에 양극-전해질 중간상(CEI) 보호막을 형성하고 잔여 리튬류를 제거합니다.
니켈-리치 NCM 양극은 비용량이 높지만 표면 안정성이 낮아 전해질 분해 부산물이 양극 표면에 지속적으로 쌓이고 셀 저항이 증가하는 문제가 있었습니다. 또한 소성 단계에서 남은 리튬 하이드록사이드와 리튬 카보네이트가 4.0V 이상에서 분해되어 산소·수소·이산화탄소 가스를 만들고 셀을 급격히 팽창시키는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 붕소 화합물 첨가제가 잔여 리튬류를 제거해 가스 발생과 셀 내부 압력 상승을 억제하고, CEI 보호층으로 전해질 분해를 막아 사이클 수명을 늘립니다. EC·EMC 혼합 용매와 LiPF6 전해질염 조합에서 작동하도록 설계되어 기존 전해액 공정에 첨가제만 더하는 방식으로 도입할 수 있습니다. 전기자동차, 에너지 저장장치, 통신장치용 고에너지밀도 전지에 적용될 수 있어 셀 부풀음으로 인한 안전 문제를 줄이면서 주행거리 확보에 유리한 니켈-리치 양극 채택을 앞당길 수 있습니다.
본 발명은 미래창조과학부의 리튬이차전지 고용량 양극 소재용 잔류 리튬 저감 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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