TiNb2O7 리튬이차전지 음극재료 및 그 제조 방법

550~800℃ 하소 제어 졸-겔 합성으로 탄소 도핑 다공성 구조를 얻은 TNO 음극재

본 기술은 TiNb2O7(TNO) 음극재료를 제조할 때 하소 온도를 550℃ 초과 800℃ 미만으로 정밀하게 제어하여 결정질 구조와 다공성 구조를 동시에 확보하고, 내부에 탄소(C)를 도핑하는 기술입니다.

기존 TiNb2O7 기반 음극재는 전자·이온 전도도와 리튬 이온 확산 계수가 낮아 사이클 안정성과 율속 특성이 저하되는 문제가 있었습니다. 또한 기존 합성 공정은 절차가 복잡하고 세밀하여 대량 생산이 어렵다는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 졸-겔(sol-gel)법으로 Ti와 Nb 소스를 반응시켜 베이스 전구체를 만들고, 이를 550℃ 초과 800℃ 미만에서 하소하여 0.114~0.120 cm³/g의 공극 부피와 0.09~0.42 wt%의 탄소가 도핑된 다공성 TNO 음극재를 합성하도록 구성됩니다. 고속 충전 전기차 셀, 흑연을 대체하는 고안전 음극, 산업용 무인운반차 배터리 등에 적용될 수 있어 별도의 탄소 코팅 공정 없이 하소 한 번으로 전도성 보강과 기공 형성을 함께 끝낼 수 있습니다.

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Key Features:

• 질소 분위기에서 에틸렌 글라이콜에 티타늄 뷰톡사이드와 나이오븀 에톡사이드를 주입하고 교반하여 베이스 용액을 준비하는 단계
• 베이스 용액에 아세톤과 증류수 혼합 개시제를 제공하여 졸-겔 반응시키고 세척·건조하여 구형 베이스 전구체를 제조하는 단계
• 베이스 전구체를 대기 환경에서 550℃ 초과 800℃ 미만으로 2시간 하소하여 결정질 TiNb2O7 구조체를 얻는 단계
• 하소 온도에 따라 전체 공극 부피 0.114~0.120 cm3/g 및 탄소 함량 0.09~0.42 wt%가 제어되는 다공성 TiNb2O7 구조체

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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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