Boron 도핑된 리튬이온전지 양극소재 Li[Ni0.95Co0.04Al0.01]O2의 lithiation 중 미세구조 변화 및 수명 특성 개선

Abstract

Ni-rich 양극 소재에 산소와의 결합력이 높은 붕소를 도핑하여 surface energy에 변화를 줌으로써 수명특성을 향상시킨 연구 결과가 존재한다. 기존 연구를 토대로, 본 연구에서는 Lithiation 온도 별 구조 변화를 분석함으로써 수명특성 향상 결과를 뒷받침하기 위한 연구를 진행하였다. Li[Ni0.95Co0.04Al0.01]O2에 0.5 mol%, 1.0 mol%, 1.5 mol% 함량의 붕소를 도핑한 후, 600 ℃ 30분, 650 ℃ 30분, 700 ℃ 30분/5시간/10시간의 온도 및 시간에서 lithiation을 거친 particle의 구조를 분석하였다. 이 중 수명 향상에 최적화된 1.5 mol%의 붕소를 도핑한 NCA95는 기존 NCA95보다 50 Cycle 이후 (0.5 C, 4.3 V 조건) retention 효율이 87.7%로 개선된 결과를 나타냈으며, lithiation 과정 이후 도핑이 진행되지 않은 NCA95와 상이한 미세구조를 나타냈다. 변화된 미세구조로 인해 charge, discharge 과정에서 야기되는 microcrack의 정도가 개선되었으며, 구조적 안정성이 보다 잘 유지된다는 결론을 얻을 수 있었다. 이의 실험 결과를 통해, 우수한 전기화학 특성 및 구조 안정성을 갖는 붕소 1.5% Li[Ni0.95Co0.04Al0.01]O2는 차후 높은 주행거리를 요하는 전기자동차용 배터리에 적합한 양극재로 사용될 가능성을 증명할 수 있었다.