이종원소가 도핑된 표면부를 갖는 양극활물질, 및 그 제조 방법

최외곽 이종원소 도핑 쉘과 a축 신장 일차입자를 결합한 하이니켈 양극 전구체

본 기술은 고함량 니켈 기반 양극활물질에서 입자 표면부에만 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 등 이종원소를 도핑하고, 입자 내부와 표면부의 결정 구조 및 일차입자 종횡비를 함께 제어하여 리튬 이온의 이동성을 극대화하는 구조 설계 기술입니다.

니켈 함량이 높은 양극활물질은 높은 용량을 제공하지만 충방전이 반복될수록 결정 구조가 불안정해지는 문제가 있었습니다. 또한 표면 부반응으로 수명 특성이 낮고 방전 용량이 점차 저하되는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 이차입자의 중심부와 표면부 조성을 달리하여 전체 반경의 2~20%에 해당하는 최외곽 영역에만 이종원소를 농도 구배 형태로 도핑하고, 표면부 일차입자의 a축 길이를 내부보다 길게 형성하도록 구성됩니다. 이를 통해 리튬 이온 전도도를 높이고 양이온 오더링 구조를 유도하여 열적 안정성과 수명을 개선합니다. 전기차용 하이니켈 NCM·NCA 양극재 전구체 양산 공정과 고용량 파우치형 셀 개발에 적용될 수 있어, 도핑 원소 사용량을 표면에만 한정하면서도 장수명 양극재를 확보하는 데 유리합니다.

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Key Features:

• 복수개의 제1 일차입자 집단으로 이루어진 제1 이차입자를 포함하는 양극활물질 전구체
• 화학식 Ni1-xM1x(OH)2로 이루어진 제1 중심부와 M2 이종원소를 포함하는 화학식 Ni1-y-zM1yM2z(OH)2의 제1 표면부
• 이종원소가 도핑되며 전구체 평균반경 대비 2% 내지 20% 두께로 구비되는 제1 표면부
• 제1 중심부의 일차입자보다 a축 방향 길이가 더 길게 구비되는 제1 표면부의 일차입자

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