양극재 기술의 방향

> 양극재 기술의 방향

• 리튬이온배터리에서 현재 양극재 기술 방향은 안전성을 높이고 가격을 낮추는 것
• 양극재로 에너지 밀도를 획기적으로 높이기는 어려워 차세대 배터리를 통해 리튬이온이 아닌 완전 다른 소재로 접근해야함
• 따라서 하이니켈 NCM(Ni 80% 이상)의 단점, 안정성 하락, 빠른 성능 저감 해결이 기술적 방향임
• 안정성 하락은 잔류 리튬으로 인한 것임
• 잔류리튬이란, 니켈 이온반지름은 리튬과 비슷해 니켈이 리튬층에 위치하는 양이온 혼합이 빈번하게 발생함
• 이때 리튬층에 위치하지 못한 리튬이 열처리 과정 중 CO2나 물과 반응하는 경우가 생김
• CO2와 반응한 Li2CO3, 물과 반응한 LiOH가 양극 표면에 존재하면 잔류 리튬이 됨
• 잔류리튬의 문제점으로는 배터리 폭발, 전극 제조 불가능, 가스 발생 가속화 및 활물질 전기화학 특징 급감이 있음
• 배터리 폭발 문제, 잔류리튬의 카보네이트 물질은 불화수소(전해질 내 극소량의 물분자에 의해 생성)에 의해 분해되어 가스 발생, 배터리 폭발로 이어짐
• 전극 제조 불가능, 잔류리튬이 용매에 녹으면 염기성화되고 다시 바인더와 섞이며 슬러리가 겔화 됨
• 가스 발생 가속화 및 활물질 전기화학 특징 급감, 리튬이 CO2와 반응해 Li2CO3가 생성되는 과정 중 물 분자가 생성되며, 물 분자는 전해질에 쉽게 반응해 불화수소 등 가스 발생 가속화, 이로 활물질 전기 화학 특징 급감을 초래함
• 빠른 성능 저감은 4가 전이 이온과 전해질 사이 반응으로 인한 층상구조 변이가 원인임
• Ni, Co, Mn 중 Ni만이 2+에서 4+까지 가수 변경 가능함
• Ni의 4+ 변이 -> 전해질 분해 가속화 -> 전해질 고갈 및 층상구조 변이 -> 열적 안정성 낮아짐 -> 열적 성능이 떨어진 상태에서 리튬이 빠져나가며 산소 방출 유발 -> 산소가 전해질 산화 시킴 -> 다량 가스 발생 -> 전기화학 급감으로 용량 감소
• 하이니켈 NCM(니켈 80% 이상 함량)의 단점은 안정성 하락과 빠른 성능 저감 해결이 기술적 방향임