이종 금속이 치환된 리튬-망간계 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 재료 및 이의 제조방법

크로뮴·바나듐 동시 치환과 공침 전구체로 격자를 안정화한 Li2MnO3 양극재

본 기술은 리튬-망간계 산화물(Li2MnO3) 구조 안에 이종 금속인 크로뮴(Cr)과 바나듐(V)을 특정 몰수비로 치환하여 격자 안정성을 확보하고, 공침법으로 전구체를 제조하여 전기화학적 성능을 개선하는 기술입니다.

기존 층상 구조 리튬-망간계 산화물은 구조가 불안정하여 사이클 특성이 저하되는 문제가 있었습니다. 스피넬 구조 역시 리튬-코발트계에 비해 용량이 부족한 한계가 존재했습니다.

본 기술은 Li2[Mn1-(x+y)CrxVy]O3 (0<x<0.25, 0<y<0.25) 조성을 목표로, pH 9~13의 크로뮴·바나듐 금속염 용액을 pH 2~6으로 조정해 망간염과 혼합한 뒤 환원제로 공침시켜 전구체를 얻고 2단계 소성으로 결정화하도록 구성됩니다. 리튬 과잉계 고용량 양극을 개발하는 소재 기업이나 코발트 프리 전기차 배터리 개발 과제에 적용될 수 있어, 두 이종 원소가 격자를 함께 지지하므로 망간계 특유의 사이클 퇴화를 완화하는 조성 설계 근거가 됩니다.

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Key Features:

• Li2[Mn1-(x+y)CrxVy]O3 화학식에서 x와 y가 각각 0 초과 0.25 미만인 금속 산화물을 포함하는 양극 활물질
• 크로뮴 화합물과 바나듐 화합물을 포함하고 수소이온농도가 9 내지 13인 제1 금속염 용액을 준비하는 단계
• 제1 금속염 용액의 pH를 2 내지 6으로 조절한 후 망간염을 포함하는 제2 금속염 용액을 혼합하는 단계
• 혼합 용액에 환원제를 첨가하여 공침전으로 [Mn1-(x+y)CrxVy]OH 금속 산화물 전구체 입자를 얻는 단계

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