양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지

텅스텐 도핑으로 일차입자 말단에 스피넬층을 사전 형성한 하이니켈 양극활물질

본 기술은 고함량 니켈계 양극활물질의 일차입자 표면 말단에 텅스텐(W)을 도핑하여, 층상 구조와 공존하는 스피넬 구조를 미리 형성함으로써 구조적 안정성을 확보하는 기술입니다.

니켈 함량이 높은 양극활물질은 충방전 사이클이 진행될수록 층상 구조가 불안정해지고 표면에 불규칙한 스피넬 구조가 생겨나는 문제가 있었습니다. 이 과정에서 마이크로 크랙이 발생하여 수명과 열적 안정성이 저하되는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 이차입자 표면부 일차입자의 말단에 W 함량으로 깊이를 조절한 5~50nm 두께의 스피넬 영역을 최초 충전 전에 형성하도록 구성됩니다. W 도핑은 격자 파라미터 a를 늘려 리튬 이온 확산을 돕고, 미리 자리 잡은 스피넬 구조가 사이클 중 무질서한 상전이를 막아줍니다. Ni 90mol% 이상의 울트라 하이니켈 양극재와 중대형 전지팩용 장수명 셀에 적용될 수 있어, 500사이클 후 80% 이상의 용량 유지율을 겨냥한 양극 소재 설계의 기반이 됩니다.

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Key Features:

• 이차입자 표면부에 구비되며 층상 구조 말단의 제1 영역에 스피넬 구조를 갖는 제1 일차입자
• 리튬, 니켈, 코발트, 망간 및 도핑원소인 텅스텐으로 이루어진 층상 구조의 일차입자
• 도핑원소 함량이 증가할수록 면적이 넓어지고 격자 파라미터 a의 길이가 함께 증가하는 제1 영역
• 제1 일차입자의 최외면에서 내측으로 5nm 내지 50nm 깊이만큼 형성되는 스피넬 구조의 제1 영역

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