디메톡시디메틸실란이 코팅된 리튬이온전지용 양극 활물질 및 이의 제조방법

디메톡시디메틸실란 코팅으로 고온 수명을 높인 하이니켈 NCM 양극재

본 기술은 니켈 함량 60~90%의 NCM 양극 활물질 표면에 디메톡시디메틸실란(DODSi)을 1~10 wt% 코팅하고 400~800℃에서 열처리해 Si-O 작용기를 지닌 인공 CEI 층을 형성한 리튬 이차전지용 양극 활물질과 그 제조방법입니다.

니켈 비율을 높인 Ni-rich NCM 양극은 비용량과 에너지 밀도가 높지만, 전극과 전해질 계면에서 전해질 분해가 일어나고 불화물 화학종에 의해 니켈이 용출되어 표면 안정성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 이로 인해 특히 고온에서 충방전 사이클 수명이 급격히 저하되는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 NMP 용매에서 DODSi와 양극재를 혼합하는 원스텝 습식 코팅으로 수 나노미터 두께의 Si-O 기능화 보호층을 만들며, 이 층이 계면 전해질 분해를 억제하고 F- 화학종을 소거해 니켈 용출을 줄입니다. 전기자동차 배터리와 에너지 저장 시스템용 고에너지 밀도 셀에 적용될 수 있어 55℃ 고온 조건에서도 무처리 NCM811 대비 뚜렷하게 향상된 용량 유지율을 확보할 수 있습니다.

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Key Features:

• LiNiaCobMncO2(0.6≤a≤0.9, a+b+c=1)로 표시되는 양극 활물질 표면에 디메톡시디메틸실란이 코팅된 리튬 이차전지용 양극 활물질
• 디메톡시디메틸실란이 양극 활물질 100 wt% 대비 1~10 wt% 함량으로 포함되고 400~800℃에서 열처리된 코팅 구성
• 디메톡시디메틸실란 코팅 양극 활물질을 포함하는 양극과 EC·EMC 1:2 혼합 용매에 1.0 M LiPF6가 포함된 전해질 및 음극을 갖춘 리튬 이차전지
• 디메톡시디메틸실란과 양극 활물질을 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 혼합해 표면에 코팅시킨 뒤 600℃ 등 400~800℃에서 열처리하는 단계

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본 발명은 교육부의 블루카본 바이오매스 기반 원천소재 개발 및 해양자원 재활용 플랫폼 구축 지원을 통해 개발되었습니다.

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