본 기술은 층상계 나트륨 전이금속 산화물(Na-TM-O) 격자의 산소(O) 사이트 일부를 할로겐 원소(F, Cl, Br, I)로 치환하고, 그 치환량만큼 나트륨(Na) 함량을 조절하여 구조적 안정성을 높인 양극활물질 기술입니다.
나트륨 이온은 이온 반경이 커서 충·방전 과정에서 격자 부피 변화가 크다는 문제가 있었습니다. 이로 인한 비가역적 상전이와 전이금속-산소 결합의 불안정성 때문에 사이클 수명과 고율 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 주로 불소를 산소 위치에 일부 치환해 결정 구조를 보강하고, 치환량에 맞춰 나트륨 양을 줄여 Mn4+ 비율을 높게 유지하도록 구성됩니다. 공정 측면에서는 전이금속 복합 수산화물과 불소 화합물을 300~500℃에서 1차 열처리한 후 나트륨염과 700~900℃에서 2차 열처리합니다. 가정용 및 산업용 에너지저장장치, 저가형 소형 전기이동수단의 나트륨 이온 전지 양극에 적용될 수 있어 O3형 층상 구조의 비가역 상전이를 억제하고 고율 충방전에서도 용량 감소를 완화합니다.
본 발명은 산업통상자원부의 차세대 리튬이온전지 GET-Future 연구실 지원을 통해 개발되었습니다.
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