본 기술은 망간을 포함하는 양극 활물질, 특히 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물(LMO) 표면에 전기 전도성이 높은 다공성 금속 유기 골격체인 Cu3(HITP)2를 코팅한 리튬 이차 전지용 캐소드입니다. 코팅층이 전해질과 활물질의 직접 접촉을 막아 망간 이온이 녹아 나오는 것을 억제합니다.
스피넬 구조 리튬 망간 산화물은 값이 싸고 출력 특성이 좋지만, 고온에서 구조가 불안정해지고 망간이 전해질로 녹아 나왔습니다. 여기에 얀-텔러 왜곡에 따른 부피 변화까지 겹쳐 용량과 사이클 수명이 급격히 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 기공 직경 1~3 nm(바람직하게는 약 2 nm)이고 길이 1 μm 미만의 막대형인 Cu3(HITP)2를 캐소드 대비 0.1~10 중량부로 코팅합니다. 링커의 아미노기가 용출되는 전이금속을 포획해 망간 용해를 억제하고, MOF 자체의 높은 전기 전도성 덕분에 코팅을 해도 이온·전자 이동 저항이 거의 늘지 않습니다. 저가형 LMO 기반 전기차·전기이륜차 배터리, 고출력 전동공구 셀, NCM-LMO 혼합 양극에 적용될 수 있어 절연성 코팅과 달리 속도 성능을 희생하지 않고 고온 수명 안정성을 확보할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 고성능 수계 아연이차전지 시스템 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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