차단 전압(cutoff voltage)을 높이는 방법은 니켈-풍부(Ni-rich) 층상 산화물 양극의 높은 이론적 저장용량을 활용하기 위해 사용할 수 있는 방법이다. 그러나 과도한 충전(딥 차징, deep charging)은 주로 표면에서의 불화수소(HF) 공격과 벌크 내 격자(strain) 변형으로 인해 전압 및 용량의 급격한 열화를 초래한다. 코발트-무함유(Co-free), 니켈-풍부(Ni-rich) 층상 산화물 양극 소재의 성능을 향상시키기 위해, 우리는 새로운 1차 입자(primary-particle) 수준의 황산리튬(lithium sulfate, Li 2 SO 4 ) 코팅 방법을 제안한다. 이는 하이드록사이드 전구체를 니켈 황산염(nickel sulfate) 수용액에 침지한 후 소성(calcination) 공정을 진행함으로써, 소성 과정 중에 1차 입자 수준의 Li 2 SO 4 코팅층이 형성되도록 하는 절차를 포함한다. 기존 코팅 방법과 달리, 제안된 Li 2 SO 4 코팅은 벌크 및 표면 열화를 모두 방지할 수 있다. 첫째, 1차 입자 위에 형성된 Li 2 SO 4 코팅층은 소성 동안 1차 입자의 응집(primary particle agglomeration)을 차단하는 장벽 역할을 하여 1차 입자 크기가 감소된 양극 소재를 얻을 수 있게 한다. 1차 입자 크기의 감소는 리튬 이온(Li + ) 농도 기울기를 낮추며, 이는 곧 격자 변형을 감소시킨다. 그 결과, 확산을 방해하는(diffusion-impeding) 확산 유도 전위(diffusion-induced dislocations)의 형성이 크게 억제된다. 둘째, Li 2 SO 4 층은 전이금속 용출에 의해 유발되는 HF를 소모하여 절연성 금속 불화물의 석출을 방지한다. 이어서, Li 2 SO 4 로 코팅된 LNMO(SLNMO)는 우수한 전기화학적 성능을 나타내며, 4.5 V의 차단 전압에서 초기 방전 용량 224.5 mAh g −1 및 초기 쿨롬 효율 94.2 %를 보였다. 또한 Li 2 SO 4 로 코팅된 LNMO는 100번째 사이클에서 에너지 효율 94.9 %로 방전 용량 181.9 mAh g −1 을 유지한다. LiNi 0.96 Mn 0.04 O 2 (LNMO) 양극 소재의 1차 입자 크기를 감소시키고 1차 입자 위에 얇은 Li 2 SO 4 코팅을 형성하기 위해 원스텝(one-step) 코팅 공정을 개발하였다. 작은 1차 입자에서의 짧은 Li + 확산 경로로 인해 전지 운전 동안 확산 유도 전위의 형성이 억제되며, Li 2 SO 4 층은 HF 공격으로부터 소재를 보호한다. • 새로운 이중기능(bifunctional) 1차 입자 수준의 Li 2 SO 4 코팅 방법이 개발되었다. • 코팅층은 소성 동안의 응집에 대한 장벽 역할을 한다. • 코팅층은 또한 HF를 소모하고 전이금속 용출을 방지한다. • 코팅된 소재는 224.5 mAh g −1 의 높은 초기 방전 용량을 나타낸다. • 코팅된 양극은 100 사이클 후 81.0 %의 유지율(retention)을 보인다.

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