본 기술은 비스무트(Bi), 인(P), 황(S)으로 구성된 사방정계(Orthorhombic) 결정구조의 BiPS4 화합물을 음극활물질로 사용하고, 이를 탄소나노튜브(CNT)와 복합화하여 전기화학적 가역성과 이온 수송 성능을 높인 기술입니다.
기존 리튬이차전지용 음극활물질을 나트륨(Na)이나 칼륨(K) 이차전지에 그대로 적용하면 에너지 밀도와 충방전 안정성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 KPF6 등 종래 전해질 시스템에서는 활물질이 비가역적으로 소모되어 수명 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.
본 기술은 터널 구조의 BiPS4 화합물을 볼 밀링으로 합성하고 CNT와 복합화하여 전극을 만들며, 비스(플루오로설포닐)이미드 칼륨염(KFSI) 전해질을 함께 사용해 충방전 중 BiPS4의 구조적 가역성을 유지하도록 구성됩니다. 칼륨이온 전지, 나트륨이온 전지 기반의 저가형 대용량 저장장치 등에 적용될 수 있어 리튬 자원 제약에서 벗어난 차세대 음극 소재로 초기 쿨롱 효율과 사이클 수명을 함께 확보할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 층상 및 터널구조 안정화를 통한 나트륨 및 칼륨 이온전지용 고용량 장수명 금속 황인화물 음극소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
WO2021-251543A1
