칼슘 도핑된 나트륨 이차전지용 양극활물질 및 이를 포함하는 나트륨 이차전지

나트륨층 칼슘 도핑으로 고전압 구조안정성을 높인 O3형 나트륨전지 양극재

본 기술은 나트륨 이차전지의 층상 구조 산화물 양극활물질에서 나트륨층에 칼슘(Ca)을 도핑하여, 고전압 충·방전 중 나타나는 결정 구조 불안정을 억제하고 사이클 특성을 향상시키는 기술입니다.

나트륨 이차전지용 층상 복합금속산화물 양극활물질은 고전압 충·방전 시 나트륨 이온의 탈리와 삽입이 반복되면서 결정 구조가 변형되거나 불안정해졌고, 이로 인해 용량 유지율과 수명 특성이 저하되는 문제가 있었습니다.

본 기술은 Na1-2xCax[(NiyCozMn1-y-z)]O2 (0.007≤x≤0.02) 조성의 양극활물질을 채택하고 칼슘을 나트륨층 내부에 도핑해 결정 구조를 안정화함으로써 4.0V를 넘는 고전압 구동 조건에서도 구조적 무결성이 유지되도록 구성됩니다. 재생에너지 연계 ESS, 전기 이륜차, 저속 전기차용 나트륨 이온 배터리에 적용될 수 있어 작동 전압 상한을 4.3V까지 끌어올려 셀당 에너지를 늘리는 효과를 기대할 수 있습니다.

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Key Features:

• Na1-2xCax[(NiyCozMn1-y-z)]O2 조성으로 표시되며 x가 0.007 이상 0.02 이하인 나트륨 이차전지용 양극활물질
• O3 구조를 가지며 나트륨층 내에 Ca 원소가 도핑되어 4.0V 초과 전압에서 구조가 유지되는 양극활물질
• 니켈염, 코발트염 및 망간염 혼합 수용액에 암모늄 이온 공급체와 가성 알칼리를 공급해 금속 복합 수산화물을 공침 제조하는 단계
• 금속 복합 수산화물에 나트륨염 및 칼슘염을 혼합하고 열처리하여 양극활물질을 제조하는 단계

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본 발명은 산업통상자원부의 차세대 리튬이온전지 GET-Future 연구실 지원을 통해 개발되었습니다.

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