리튬이온전지의 고전압 양극재료

최근 에너지밀도를 높이기 위하여 리튬이온전지의 고전압 양극재료에 대한 Needs가 커지고 있고, 5V 가까이에서 리튬 삽입-추출이 일어나는 고전압 양극 재료가 주목 받고 있습니다.

 

이러한 종류의 재료로서 최근에는 High Ni에서 Mid Ni의 양극재로 연구 개발 방향이 움직이고 있습니다. 이 재료의 방전용량은 170mAh/g 정도로서 리튬이온 전지에서 사용되는 기존의 전극재료보다는 조금 높지만 개방회로 전압 의 증가로 인해 전지의 비에너지밀도는 최소 20% 증가할 수 있습니다. 다만 고전압에서는 양극활물질의 전이금속의 용출, 전해액의 분해, 산소의 발생 등 문제가 더 잘 일어날 수 있어서 양극용 첨가제를 추가한 전해액을 사용하여 제어하려 하고 있습니다.

 

 

 

또한 고전압 양극 재료로 LiNi0.5Mn1.5O4 스피넬 형의 산화물과 LiCoPO4 인산염들과, 최근의 새로운 재료로서 불화리튬인산염(fluorinated lithium phosphates)이 알려져 있습니다. 리튬바나듐 불소인산염(LiVPO4F)의 겉보기 전 위는 4.5V에 이르지만, 비교적 낮은 방전속도에서의 에너지밀도는 130mAh/g보다 높지 않습니다.

 

Li2CoPO4F와 같은 불화리튬 코발트인산염은 이론용량이 리튬 철이나 코발트인산염보다 2배 높고 리튬 삽입-추출도 4.8-5.1V에서 진행되기 때문에 가능성이 매우 높은 재료로 보입니다. 그러나 이 재료는 리튬 코발트인산염과 비슷하게, 높은 음극전위에서 전해질분해(electrolyte decomposition)가 발생한다는 문제가 있습니다.