양극활물질, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬이차전지

미량 텅스텐 도핑으로 표면 입방정 보호상을 형성한 니켈계 양극소재

본 기술은 니켈 계열 양극활물질 내부에 텅스텐 등 첨가 금속을 2mol% 미만 도핑하는 기술입니다. 입자 내부의 삼방정계 결정 구조와 표면의 입방정계 결정 구조 비율을 조절해 구조적 안정성, 열적 안정성 및 수명 특성을 개선합니다.

기존 니켈 계열 양극활물질은 고전압 충방전 시 구조가 불안정해지고 입자가 붕괴되는 문제가 있었습니다. 잔류 리튬으로 인한 가스 발생과 전해질 내 플루오린(F) 침투로 성능이 떨어지는 한계도 존재했습니다.

본 기술은 텅스텐 등 첨가 금속을 전구체 단계부터 도핑해 입자 전체에 고르게 분포시키고, 첨가 금속 농도에 비례해 소성 온도를 높여 결정 구조를 제어하도록 구성됩니다. 특히 입자 표면의 입방정계 비율을 높여 보호막처럼 작동하게 함으로써 전해질과의 부반응을 막고 리튬 이온 이동 경로를 안정화합니다. 고전압 충전이 요구되는 전기차 및 플러그인 하이브리드 배터리 등에 적용될 수 있어, 별도 코팅 공정을 추가하지 않고 도핑만으로 표면 안정화와 가스 발생 저감을 동시에 얻을 수 있습니다.

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Key Features:

• 니켈, 코발트, 망간 또는 알루미늄 중 하나 이상과 리튬 및 평균 2mol% 미만의 첨가 금속을 포함하는 양극활물질
• 첨가 금속 함량에 따라 비율이 조절되는 입방정계 제1 결정 구조와 삼방정계 제2 결정 구조
• 입자 중심보다 표면에서 더 높게 나타나며 첨가 금속 함량 증가에 따라 늘어나는 입방정계 결정 구조
• 베이스 수용액과 첨가 수용액을 반응기에 제공하여 첨가 금속이 도핑된 금속 수산화물 전구체를 제조하는 단계

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