코발트 기반 삼원계 산화물 나노입자를 포함하는 리튬-황 전지 캐소드용 전극

스피넬 XCo2O4 나노입자로 Li2S 3차원 성장을 유도하는 리튬-황 캐소드 전극

본 기술은 리튬-황 전지의 방전 과정에서 생기는 리튬 폴리설파이드(LiPS)에 대해 최적의 바인딩 에너지를 갖도록 제어한 스피넬 구조의 코발트 기반 삼원계 산화물(XCo2O4) 나노입자를 도입하여, 리튬 설파이드(Li2S)의 3차원 성장을 유도하고 황 활용도를 극대화하는 기술입니다.

리튬-황 전지는 충방전 시 LiPS가 전해질에 녹아 셔틀 효과를 일으키고, 방전 중 생성되는 Li2S가 기판을 2차원으로 덮어 전극을 부동태화했습니다. 그 결과 황의 연속적인 전환이 막히면서 배터리 용량과 사이클 수명이 떨어지는 문제가 있었습니다.

본 기술은 코발트 산화물의 사면체 자리에 Mn, Zn, Ni, Cu 등을 치환한 스피넬형 XCo2O4 나노입자, 특히 MnCo2O4를 탄소나노튜브 같은 탄소 기반 호스트에 코팅해 LiPS와 4~8 eV 수준의 적절한 결합력을 부여하도록 구성됩니다. 고황 로딩 양극, 고출력 리튬-황 셀, 차세대 전기차·항공용 배터리에 적용될 수 있어 높은 전류와 황 함량 조건에서도 방전 용량과 사이클 안정성을 확보할 수 있습니다.

‍

‍

Key Features:

• 화학식 XCo2O4로 표시되고 스피넬 구조를 가지는 코발트 기반 삼원계 산화물 나노입자를 포함하는 리튬-황 전지 캐소드용 전극
• Mn, Zn, Ni, Cu 등에서 선택되어 코발트 산화물의 사면체 위치에 치환되는 원소 X를 포함하는 삼원계 산화물 나노입자
• 카본 블랙, 탄소 섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 그래파이트에서 선택되어 삼원계 산화물 나노입자가 코팅되는 탄소 기반 호스트 물질
• 리튬폴리설파이드에 대한 바인딩 에너지가 4 eV 내지 8 eV이고 직경이 10 nm 내지 50 nm인 코발트 기반 삼원계 산화물 나노입자

‍