수계아연이온전지용 Zn3V2O7(OH)2·2H2O 양극의 제조방법

물 첨가 고상법 기반 저온 대량합성형 수계아연이온전지 바나듐계 양극소재

본 기술은 수계아연이온전지(AZIB)용 양극재인 Zn3V2O7(OH)2·2H2O를 합성할 때 고온·고압의 수열합성법 대신, 소량의 물을 매개로 반응물 간 확산을 촉진하는 물 첨가 고상법(WASSR)을 도입하여 100℃ 이하의 저온에서 단일상 소재를 얻는 기술입니다.

기존 고성능 바나듐 산화물 양극 제조에 쓰이던 수열합성법은 나노구조 제어에는 유리하지만 고온·고압 공정이 필수적이었습니다. 이 때문에 대량 생산이 어렵고 경제성이 낮다는 문제가 있었습니다.

본 기술은 Zn(OH)2와 V2O5를 혼합한 뒤 소량의 증류수를 첨가하고, 밀폐 용기 내부의 증기압을 활용하여 75~85℃의 저온에서 반응시키도록 구성됩니다. 별도의 고온 열처리 없이 1회 합성으로 1g 이상의 고순도 단일상 소재를 얻을 수 있습니다. 대용량 수계 아연이온 ESS용 양극과 비가연성 수계 전지 양산 라인에 적용될 수 있어, 압력 용기 설비 없이도 양극 소재 생산 단가를 낮출 수 있습니다.

‍

‍

Key Features:

• Zn(OH)2 3몰에 대해 V2O5 1몰의 비율로 25 내지 35분 동안 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계
• 혼합물을 제1 바이알에 옮기고 V2O5 1몰에 대해 5 내지 50몰의 증류수를 첨가하는 단계
• 100몰 내지 500몰의 증류수가 담긴 제2 바이알 안에 뚜껑을 덮지 않은 제1 바이알을 넣는 단계
• 제2 바이알을 밀폐한 후 75℃ 내지 85℃에서 2시간 내지 48시간 반응시켜 반응생성물을 획득하는 단계

‍

본 발명은 과학기술정보통신부의 분말 회절 기반 결정구조 해석 및 전기화학 임피던스 분광법 기반 시상수 분석을 결합한 아연 이온전도체 구조-물성 상관관계 연구 지원을 통해 개발되었습니다.

‍