본 기술은 공간군 P 2/c를 갖는 단사정계 마그네슘 텅스텐 산화물(MgWO4) 모재에 Ni 또는 Co를 도핑하고 Mg와 W의 원자비(Mg/W)를 정밀하게 조절하여, 도핑 후에도 WO3, MgO 등 이차상 없이 단일상을 유지하면서 Li intercalation 반응을 유도하는 음극 활물질 기술입니다.
기존 AWO4계 음극 활물질은 충·방전 시 전환반응(conversion reaction)으로 리튬을 저장하기 때문에 활물질 분쇄, 전기적 단락, 불안정한 SEI 형성, 부피 변화가 발생했습니다. 게다가 단순히 도핑만 하면 도핑 금속에 의한 구조 불안정으로 이차상이 생성되는 문제가 있었습니다.
본 기술은 Mg/W 원자비를 1+x : 1-x(0 < x ≤ 0.025) 범위로 맞춘 MgWO4 모재에 Ni 또는 Co 도핑 금속(0 < y ≤ 0.1)을 치환형으로 고용시켜 구조적 안정성을 확보하도록 구성됩니다. 이로써 전환반응 대신 층상구조에서의 Li intercalation 메커니즘이 작동해 높은 용량과 긴 수명을 구현합니다. 장수명이 요구되는 전력망 연계 ESS용 리튬 이차전지, 급속 충전 환경에서 입자 분쇄를 피해야 하는 전기차용 음극 등에 적용될 수 있어 도핑량을 늘려도 순수한 결정상이 흐트러지지 않는 소재 설계 여유를 제공합니다.
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