고활성을 갖는 특이 미세구조의 리튬이온전지용 저가의 양극소재 설계

인듐 미량 도핑으로 나노막대화한 고율 특성 NCA 양극 활물질

본 기술은 리튬-니켈-코발트-알루미늄(NCA) 복합 산화물 표면에 정해진 양의 인듐(In)을 도핑하여, 비정형 다각형이던 입자 구조를 종횡비 5~10의 나노막대(nanorod) 형태로 바꿈으로써 리튬 이온 확산 경로를 단축하고 이온·전하 전달 효율을 극대화하는 양극 소재 기술입니다.

기존 NCA 양극 활물질은 1차 입자가 비정형 다각형 구조를 가져 리튬 이온의 확산 경로가 길고, 입계(grain boundary)가 많아 이온 전달 저항이 큰 문제가 있었습니다. 이 때문에 고속 충전 시 성능이 저하되고 사이클 수명이 짧아지는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 전이금속 화합물 전구체에 리튬 전구체와 인듐(III) 아세틸아세토네이트를 혼합해 700~740℃ 산소 분위기에서 소성함으로써, 면간거리(D003) 0.4~0.5nm의 층상 구조를 유지하면서 인듐이 도핑된 종횡비 5~10의 나노막대형 양극 활물질을 합성하도록 구성됩니다. 고상 혼합과 단일 소성만으로 제조되므로 급속충전용 전기차 셀, 고출력 전동공구 배터리 및 통신장치 전원에 적용될 수 있어 극소량의 도펀트만으로 입자 형상을 제어해 원가 부담 없이 율 특성을 끌어올립니다.

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Key Features:

• 리튬전이금속 복합 산화물 상에 도핑 금속인 In이 도핑된 Lix(NiyCozAluMw)O2 조성의 양극 활물질
• 니켈 0.82~0.85, 코발트 0.14~0.18, 알루미늄 0.005~0.01, 인듐 0.0006~0.0008 몰비를 만족하는 리튬전이금속 복합 산화물
• 종횡비가 5 내지 10인 나노막대 형태를 가지며 평균 직경(D50)이 1.0~7.0㎛인 양극 활물질 입자
• 전이금속 화합물 전구체 분말에 리튬 전구체 및 인듐(III) 아세틸아세토네이트를 고상 혼합한 뒤 소성하는 단계

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본 발명은 과학기술정보통신부의 Materials Computation 지원을 통해 개발되었습니다.

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