금속 유기 골격체 및 킬레이트제로 코팅된 리튬 이차 전지용 캐소드

킬레이트제로 기공을 막은 MOF 코팅으로 전이금속 용출을 차단한 리튬전지 양극

본 기술은 양극 활물질 표면을 금속 유기 골격체(MOF)로 코팅하고, 그 MOF의 기공 안에 킬레이트제를 넣어 기공을 물리적으로 막은 리튬 이차 전지용 캐소드입니다. 코팅층이 전해액과 활물질의 직접 접촉을 차단하는 동시에 녹아 나오는 전이금속 이온을 붙잡습니다.

리튬 이차 전지는 충방전을 거듭할수록 양극 활물질에서 전이금속이 전해액으로 녹아 나왔고, 활물질이 전해액과 직접 맞닿으면서 부반응과 크로스토크에 의한 열화가 진행되었습니다. 그 결과 방전 용량이 사이클에 따라 급격히 줄어드는 문제가 있었습니다.

본 기술은 MOF-808처럼 카르복실기를 지닌 MOF의 기공에 EDTA 등 킬레이트제를 1:0.3~1:15 중량비로 도입하고, 이 코팅을 NCM계 양극 활물질 100 중량부에 0.1 초과 0.4 미만 중량부로 얇게 입혀 전이금속을 포획하고 리튬 이온의 탈용매화 에너지를 낮춥니다. 이 코팅층 덕분에 100 사이클 이상 방전 용량이 안정적으로 유지됩니다. 전기차용 하이니켈 NCM 양극, 에너지저장장치(ESS)용 장수명 셀, 양극재 표면처리 공정에 적용될 수 있어 1 wt% 미만의 극소량 코팅만으로 전이금속 용출과 전해액 부반응을 함께 억제해 장기 사이클 용량 유지율을 끌어올릴 수 있습니다.

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Key Features:

• 양극 활물질 표면에 형성되며 금속 유기 골격체 및 킬레이트제를 포함하는 코팅층
• 금속 유기 골격체의 기공 내부에 도입되어 그 기공을 물리적으로 막도록 배치되는 킬레이트제
• MOF-808, UiO-66-(COOH)2, Cu-MOF-2COOH 등에서 선택되며 킬레이트제와 1:0.3 내지 1:15 중량비로 조합되는 금속 유기 골격체
• 양극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 초과 내지 0.4 중량부 미만으로 포함되는 코팅층

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