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최근 배터리 셀 용량을 증가시키기 위해 Ni-rich NCM (LiNixCoyMn1-x-yO2, 0.6 ≤ x ≤ 1.0, 0 ≤ y ≤ 0.2) 양극 물질에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 양극 물질 내 Ni의 함량을 증가시켜 셀 용량을 향상시키는 전략은 그 한계가 명확하며, 구조적, 열적 불안정성으로 인해 가스 발생과 같은 위험 요소가 존재한다. 따라서 Ni-rich NCM 양극 물질에 대한 연구는 전극의 후막화와 같은 셀 설계 연구와 병행하여 진행되어야 한다. 하지만 다결정 Ni-rich NCM 입자로 구성된 후막 전극은 입자의 낮은 ...

최근 배터리 셀 용량을 증가시키기 위해 Ni-rich NCM (LiNixCoyMn1-x-yO2, 0.6 ≤ x ≤ 1.0, 0 ≤ y ≤ 0.2) 양극 물질에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 양극 물질 내 Ni의 함량을 증가시켜 셀 용량을 향상시키는 전략은 그 한계가 명확하며, 구조적, 열적 불안정성으로 인해 가스 발생과 같은 위험 요소가 존재한다. 따라서 Ni-rich NCM 양극 물질에 대한 연구는 전극의 후막화와 같은 셀 설계 연구와 병행하여 진행되어야 한다. 하지만 다결정 Ni-rich NCM 입자로 구성된 후막 전극은 입자의 낮은 기계적 강도로 인해 압연 공정 중, 상부층 입자가 부서지는 문제가 발생한다.
본 연구에서는 위 문제를 해결하기 위해 기존의 다결정 Ni-rich NCM과 높은 기계적 강도를 갖는 단결정 Ni-rich NCM을 함께 구성한 전극에 대한 연구를 수행하였다. 후막 전극에 가장 적합한 형태를 확인하기 위해 총 네 가지 형태의 전극에 대한 전기화학 성능평가 및 분석을 수행하였다(다결정 입자로만 구성된 전극 (OP), 단결정 입자로만 구성된 전극 (OS), 다결정과 단결정 입자가 혼합 구성된 전극 (BL), 상부층의 단결정/하부층의 다결정 입자로 구성된 이중층 전극 (DB)). 전극 내 상부층 입자가 부서짐에 따라 주변의 도전재와 바인더가 뭉치는 현상을 scanning electron microscopy 및 energy dispersive X-ray spectroscopy 분석을 통해 확인하였다. 네 가지 형태의 전극 중, DB가 상부층 입자의 부서짐을 완전히 방지하였을 뿐만 아니라 전극 내에서의 적절한 굴곡률을 유지하였다. 따라서 DB 전극 내의 전기화학 반응이 이외의 전극 형태들에 비해 월등히 균일함을 보였으며, galvanostatic intermittent titration technique 분석 및 휴지 시간 동안의 전압 변화율을 통해 이를 확인하였다. 결과적으로 DB는 40회 충·방전 이후, OP보다 34.6 mAh g-1 높은 용량을 보였으며 2 C에서는 50.5 mAh g-1 높은 용량을 보였다.
본 연구에서는 기존 Ni-rich NCM 후막 전극의 문제점을 개선하여 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있는 연구를 진행하였다.

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