리튬 이온 전지 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이온 전지

다공성 환원 티타니아 코어에 침상 루타일 나노구조를 성장시킨 고용량 음극 복합체

본 기술은 전도성이 높은 다공성 환원 티타니아(TiO) 코어와 리튬 삽입 반응(intercalation)에 유리한 침상형 루타일 티타니아(r-TiO2) 나노 구조물을 결합한 하이브리드 복합체를 설계하고 제조하는 기술입니다.

기존 아나타제 TiO2 음극재는 전기 전도도가 낮고 리튬 이온 확산 속도가 느린 문제가 있었습니다. 작업 전위창까지 좁아 실제 용량이 이론 용량에 크게 못 미치고 에너지 밀도가 낮다는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 마그네슘 열 환원 공정으로 다공성 TiO를 만든 뒤 산 처리로 표면에 침상형 r-TiO2 나노 구조물을 제자리(in-situ) 성장시켜 Ti2+ 코어와 Ti4+ 표면의 이종 산화수 복합체를 구현하고, 의사 커패시턴스와 삽입 반응을 함께 활용하도록 구성됩니다. 급속 충전이 요구되는 전동공구·하이브리드 차량용 전지와 고출력 리튬 이온 커패시터에 적용될 수 있어, 티타니아 음극 특유의 안전성을 살리면서 용량 한계를 끌어올릴 수 있습니다.

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Key Features:

• TiO2-x(0.1≤x<2)로 표시되는 환원된 티타니아를 포함하며 복합체의 전도성 코어를 이루는 다공성 입자
• 다공성 입자 표면에 적어도 부분적으로 형성되며 침상형이고 루타일 상을 가지는 티타니아 나노 구조물
• 티타니아와 Mg 등 금속을 1:2 내지 3:1 중량비로 혼합한 혼합물을 열처리하여 환원된 티타니아(TiO2-x)를 제조하는 단계
• 금속이 에칭된 환원된 티타니아를 산 처리하여 표면의 적어도 일부에 티타니아를 형성하는 단계

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