리튬 티타늄 산화물계 음극 활물질 및 그 제조 방법, 그리고 이를 적용한 리튬이차전지

질소 분압 제어 열분해로 Li2Ti3O7 상을 형성한 고율속 LTO 복합 음극재

본 기술은 Li4Ti5O12(LTO)를 베이스로 질소를 포함한 반응가스 분위기에서 열처리를 수행하여 LTO 일부를 Li2Ti3O7으로 분해시킴으로써, 산소 공공(Oxygen vacancy) 농도가 제어된 LTO/Li2Ti3O7 복합 음극 활물질을 제조하는 기술입니다.

기존 LTO 소재는 전자 전도도가 낮아 율속 특성이 떨어지고 충방전 말기에 용량이 급격히 감소하는 문제가 있었습니다. 이를 개선하려는 나노 구조화나 탄소 코팅은 입자 응집과 공정 복잡성을 초래하는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 튜브 전기로 안에서 질소 분압을 조절하여 LTO를 선택적으로 분해하고 Li2Ti3O7 함량을 제어하도록 구성됩니다. 이로써 활물질 표면에서 전하 이동이 원활해져 율속 특성과 구조적 안정성이 개선되며 Peukert 상수 1.26 이하를 구현합니다. 회생제동 전력을 받아내는 하이브리드 차량 배터리, 순간 고출력이 필요한 전동공구 셀, 주파수 조정용 ESS 등에 적용될 수 있어 가스 종류와 유량 설정만으로 고방전율 구간의 용량 유지율을 끌어올릴 수 있습니다.

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Key Features:

• 탄산 리튬(Li2CO3)과 이산화 티타늄(TiO2)을 리튬 소스와 티타늄 소스로 혼합한 베이스 전구체를 준비하는 단계
• 질소 분압이 낮은 제1 반응가스를 짧게 공급한 뒤 질소 분압이 높은 제2 반응가스를 순차 공급하는 단계
• 반응가스가 공급된 베이스 소스를 튜브 전기로에서 열처리해 Li4Ti5O12와 Li2Ti3O7을 포함하는 활물질을 제조하는 단계
• 반응가스의 종류와 유량으로 질소 분압을 높일수록 활물질 내 Li2Ti3O7 비율이 증가하도록 조절하는 상 분율 제어 단계

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본 발명은 과학기술정보통신부의 새로운 광전기화학 현상의 발견과 규명: 계면 엔지니어링을 통한 광전기화학적 거동 제어 지원을 통해 개발되었습니다.

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