알칼리 금속 이온 전지용 산화물 양극 결함·상전이 제어 연구

Defect and phase-transition control in oxide cathodes for alkali-metal ion batteries

연구 내용

산화물 양극에서 산소 결함·비활성 Li 자리·조성 안정화를 통해 알칼리 금속 이온의 이동과 상전이를 제어하는 전기화학 소재 연구

층상 및 스피넬 계열 산화물 양극에서 결함과 조성 변화가 이온 확산과 상전이에 미치는 영향을 규명하고 이를 성능 안정성으로 연결하는 연구를 수행합니다. NH4HF2 처리를 통한 산소 결함 도입으로 TM–O 결합 특성과 격자 파라미터 변화를 유도하고, Ti 도핑을 통해 산소/양이온 자리 불완전성과 순환 중 구조 붕괴를 억제합니다. 또한 LiNi0.5Mn1.5O4에서 Li-vacant subsurface 경로를 안정화하여 저장과 이동을 동시에 확보하는 방향으로 접근합니다. 전지 적용 관점에서는 LMFP의 전극 설계 전략을 정리해 실사용 조건을 고려한 해석을 제공합니다.

관련 프로젝트

2건

연구 흐름

초기에는 2021년 산소 결함을 통해 Na-ion 양극의 레이트 특성과 순환 안정성을 높이는 접근을 수행하였습니다. 이후 2023년에는 Mn-Ti 이원계 orthorhombic LiMn1–xTixO2에서 Ti–O 결합과 자리 점유 안정화를 바탕으로 비가역적 상전이를 제어하는 연구로 확장되었습니다. 2024년에는 LiNi0.5Mn1.5O4에서 Li-vacant topotactic subsurface pathways를 중심으로 충·방전 중 구조 변화와 이동 안정성을 함께 다루었습니다. 2025년에는 LMFP 기반 전극을 흑연 및 LTO 비리튬 음극과 조합한 full cell 해석을 통해 실계 배치 관점을 정리하였습니다. 연동하여 Mn/Ti 층상 산화물의 구조 안정화와 상전이 제어를 위한 과제를 수행하였습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

고출력 Na-ion 전지 양극 설계
Mn 기반 layered 산화물 수명 향상
산화물 내 산소 결함 정밀 제어
전이금속-산소 결합 기반 열화 억제
Li-vacant 경로 기반 충·방전 안정성 확보
Ni-Mn 기반 캐소드 상전이 억제
LMFP 전극 조합 최적화
온도 범위 확장 전지 운용 기술
전극 미세구조-상전이 맵핑 기반 공정 도출
조성 설계 기반 원가 및 성능 동시 고려