불소를 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지

결정립계 불소 코팅으로 초격자 오더링을 유도한 고니켈 장수명 양극소재

본 기술은 고함량 니켈 양극활물질의 결정립 경계에 불소를 코팅하고 열처리하여 니켈 산화수(Ni2+/Ni3+)를 제어하는 기술입니다. 리튬층과 전이금속층 사이의 이온 자리바꿈으로 장범위 규칙성을 갖는 초격자 구조를 만들어 결정 안정성을 높입니다.

고함량 니켈 양극활물질은 높은 용량을 낼 수 있지만 충방전이 반복되면 전해액과 부반응이 일어나는 문제가 있었습니다. 또한 H2-H3 상변화에 따른 결정구조 붕괴와 입자 내 마이크로크랙으로 리튬 이온 경로가 막히면서 수명이 급격히 떨어지는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 불화암모늄 등으로 입자 표면과 결정립 경계에 불소 함유 코팅층을 형성하고 열처리하여 Ni2+ 비율을 49~130% 수준으로 조절하도록 구성됩니다. 이로써 리튬과 니켈의 규칙적 자리바꿈을 유도해 혼합층이 교대로 쌓인 오더링 구조를 만들고 장기 사이클 동안 층상 구조 붕괴를 방지합니다. 장거리 주행 전기차용 하이니켈 셀과 고출력 전동공구 배터리 등에 적용될 수 있어, 니켈 함량을 높이면서도 마이크로크랙에 의한 용량 감소를 늦출 수 있습니다.

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Key Features:

• 리튬만으로 이루어진 리튬층과 니켈을 포함하는 전이금속만으로 이루어진 전이금속층을 포함하는 층상구조 양극활물질
• 불소 함량이 증가할수록 Ni3+에 대한 Ni2+ 비율이 증가하도록 니켈 산화수가 조절되는 전이금속층
• 복수개의 일차입자로 이루어진 이차입자에서 적어도 하나의 일차입자 결정립 경계면에 불소를 포함하여 구비되는 그레인코팅층
• 리튬 함량이 더 큰 제1 혼합층과 전이금속 함량이 더 큰 제2 혼합층이 교대로 적층되어 형성된 초격자

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