금속 도핑된 나트륨 이차전지용 양극 활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 나트륨 이차전지

볼밀링 도펀트 균일 분산으로 구조 안정성을 높인 나트륨전지 층상 양극재

본 기술은 니켈·코발트·망간 기반 나트륨 이차전지용 양극 활물질에 Ti, Zr 등의 전이금속 도펀트를 균일하게 혼합·도핑하여 결정구조 안정성을 강화하고, 고전압 영역에서의 구조 붕괴를 억제해 전지 성능을 개선하는 기술입니다.

기존 나트륨 이차전지용 양극 활물질은 충방전 과정에서 결정구조의 상전이나 붕괴가 쉽게 일어났습니다. 이 때문에 용량을 높이고 수명 특성을 확보하는 데 한계가 존재했습니다.

본 기술은 볼밀링 공정으로 전이금속 산화물 전구체 입자의 내부와 표면에 TiO2, ZrO2 등 도펀트 전구체를 고르게 분포시킨 뒤 열처리하여, 입자 강도와 탭 밀도가 향상된 2차 입자 형태의 양극 활물질을 얻도록 구성됩니다. 리튬 자원 의존도를 낮춰야 하는 대용량 에너지저장장치나 저가형 전기 이륜차용 나트륨 전지에 적용될 수 있어, 고전압 충전 영역까지 활용 범위를 넓히면서 셀당 저장 에너지를 끌어올릴 수 있습니다.

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Key Features:

• Na1+a[(NixCoyMn1-x-y)1-b(TM)b]O2-cAc 조성에서 도펀트 TM 몰비 b가 0.025 내지 0.035 범위인 양극 활물질
• 1차 입자가 모여 형성된 2차 입자 형태를 갖고 TM이 입자 내에서 균일하게 분포하는 O3 층상구조 활물질 입자
• 전이금속 산화물 전구체 입자와 TiO2 또는 ZrO2 등 도펀트 전구체 입자를 볼밀링으로 혼합하여 복합체 입자를 얻는 단계
• 도펀트 전구체가 내부 및 표면에 균일 분포된 복합체 입자와 나트륨 함유 화합물을 볼밀링 혼합 후 열처리하는 단계

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본 발명은 과학기술정보통신부의 인터페이스 최적화 맞춤형 rod-shape 이차전지소재 원천 및 상용화기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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