리튬이온전지의 양극재료와 고성능화

전문가 제언

○ 리튬 2차전지의 양극재료로 3d금속이 주류를 이루고 있다. 휴대용 전자기기에서 전기자동차 배터리로의 연구개발과 시장 확대가 선진국들의 치열한 각축인 가운데 리튬 2차전지 개발품들의 개선해야 할 내용을 잠깐 살펴본다. 층상암염형 LiCoO2, LiNiO2, 스피넬형 LiMn2O4로 대표되는 4V급 산화물 양극재료는 2세대로 채용실적이 많으나 희금속이어서 코스트와 환경부하로 문제가 있다.

○ 또한 만충전 시에 생성되는 Co4+, Ni4+의 이상전자가 상태, 방전상태에서 생성되는 하이스핀 Mn3+의 얀테라 불안정상태가 양극의 열안정성이나 화학적 안정성이 취약한 점이 있다. 특히 요즘은 리튬이온 전지는 휴대기기 용도에서 전기자동차, 스마트그리드 등 대형기기용으로 확대 전망에 따라 리튬이온전지의 경제성과 안정성의 2대 과제에 대하여 획기적인 해결책이 요구되고 있다.

○ 전이금속 3d 금속 가운데 유일하게 희금속이 아닌 철화합물은 저가 및 저독성의 양극인데 유화물과 산화물계 철화합물 양극은 방전전압이 낮은 과제를 안고 있었다. 그 후 3V의 고전압방전 평탄영역이 발견된 것으로 나시콘형의 Fe2(MoO4)를 위시하여 Fe2(WO4)3, Fe2(SO4)3, Li3Fe(PO4)3 등 오르토산기(폴리음이온)를 갖는 철계 나시콘형 양극들이 발표되었다.

○ 여기서 철계 나시콘형 양극의 헤테로 원소의 전기 음성도와 방전전압과는 직선성의 상관관계가 있어 철과 음이온 간의 화학결합 이온성을 제어함으로서 철계 양극 최대의 과제인 저방전 전압을 극복하는 길이 열릴 것으로 본다.

○ 2차 전지 개발의 각축이 일본과 중국 등이 치열한 가운데 정부는 중대형 2차 전지 시장을 선점하기 위해 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 오는 10월까지 수립할 전기차ㆍ에너지저장용 연구개발(R&D) 로드맵에 따라 2020년까지 민관 합동으로 4조~5조원 규모의 R&D투자를 추진키로 했다. 또 ‘차세대 2차 전지 기술개발(배터리 2020 프로젝트)을 교과부-지경부 공동으로 추진할 계획이다. 한국의 좋은 결과를 기대한다.

저자

Shin Fujitani, Ikuo Yonezu

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2010

권(호)

45(3)

잡지명

セラミックス

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

181~185

분석자

손*목

분석물

• 리튬이온전지의 양극재료와 고성능화.pdf [361,327 byte]

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