리튬이차전지용 음극 소재 및 그 제조 방법

대기·산소 2단 열처리로 산소 결핍을 제거해 메모리 효과를 억제한 LTO 음극재

본 기술은 리튬-티타늄-산화물(LTO)의 전기 전도도와 리튬 이온 전도도를 높이는 1차 대기 열처리와, 그 과정에서 생긴 산소 결핍을 없애 메모리 효과를 억제하는 2차 산소 분위기 열처리를 결합한 음극 소재 제조 기술입니다.

LTO는 구조적으로 안정하지만 전기 전도도와 리튬 이온 전도도가 낮은 문제가 있었습니다. 전도도를 높이기 위해 도핑 등을 시도하면 비가역 반응으로 전지 용량이 줄어드는 메모리 효과가 나타나는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 LTO 베이스 구조체를 780℃ 대기 분위기에서 1차 열처리하여 전도성을 확보한 뒤 같은 온도의 산소 분위기에서 2차 열처리를 수행하여, 소재 내 산소 결핍(Oxygen Vacancy) 면적 비율을 9.38% 이하로 낮추도록 구성됩니다. 급속 충전형 전기버스 배터리, 저온 시동용 보조 전원, 장수명이 요구되는 전력 저장 셀 등에 적용될 수 있어 금속 도핑 없이도 반복 사용 후 용량 손실이 누적되지 않는 음극을 공급할 수 있습니다.

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Key Features:

• 금속이 도핑되지 않은 리튬-티타늄-산화물(LTO)을 포함하는 베이스 구조체를 음극 소재 원료로 준비하는 단계
• 베이스 구조체를 대기 분위기에서 1차 열처리하여 전기 전도도 및 리튬 이온 전도도를 향상시키는 단계
• 1차 열처리된 베이스 구조체를 0.5 L/min 산소 공급 분위기에서 2차 열처리해 산소 결핍을 제거하는 단계
• XPS 분석상 산소 결핍 면적 비율이 9.38% 이하이고 중심부와 표면부 격자 간 평균 거리가 같은 리튬-티타늄-산화물 음극 소재

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본 발명은 과학기술정보통신부의 원자 수준에서 제어된 금속 나노클러스터의 물성과 광전기화학적 거동간의 상관관계 규명 연구 지원을 통해 개발되었습니다.

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