본 기술은 터널 구조를 기본으로 하면서 나트륨 또는 망간 자리에 리튬을 치환하여 결정 내부에 스피넬 구조를 함께 형성한 이종구조 양극활물질 기술입니다. 이를 통해 망간의 얀-텔러(Jahn-Teller) 효과를 억제하고 전자 구조를 안정화합니다.
기존 나트륨-망간 산화물(NMO)은 충방전 과정에서 전이금속의 산화수가 바뀌면서 결정구조 전이와 얀-텔러 왜곡이 일어나 구조가 붕괴되는 문제가 있었습니다. 또한 비활성 나트륨 함량 때문에 방전 용량이 낮고 수명 특성도 떨어지는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 나트륨-망간 산화물의 리튬 치환량을 조절해 결정 내에 스피넬 구조를 형성하고, 이 과정에서 Mn3+가 Mn4+로 산화되어 전자 구조가 안정되도록 구성됩니다. 아울러 나노로드 형태 일차입자가 모인 이차입자 구조로 비표면적을 1.3㎡/g 이상 확보하여 이온 확산 경로를 개선합니다. 에너지저장장치(ESS)용 저가 나트륨 전지와 전력망 보조 배터리 등에 적용될 수 있어, 희소 금속 의존도를 낮추면서 1000회 이상 장기 사이클을 견디는 양극 설계가 가능합니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 인터페이스 최적화 맞춤형 rod-shape 이차전지소재 원천 및 상용화기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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