Research and Development Status of Low-Cost Fe-based Cathode Materials for Lithium Secondary Batteries

(1)

Journal of Korean Powder Metallurgy Institute Vol. 18, No. 2, 2011

DOI: 10.4150/KPMI.2011.18.2.196

기술전망

리튬이차전지용 저가형 철계 양극소재 기술개발 동향

홍현선

*

·고영대·강이승·정항철·김건홍 고등기술연구원플랜트엔지니어링센터

Research and Development Status of Low-Cost Fe-based Cathode Materials for Lithium Secondary Batteries

Hyun Seon Hong*, Young-Dae Ko, Lee-Seung Kang, Hang-Chul Jung, and Geon-Hong Kim

Plant Engineering Center, Institute for Advanced Engineering (IAE), Yongin 449-863, Korea

1. 서 론

이차전지

(Secondary battery)

는 사용후 다시충전 하여 재사용이 가능하고 전기에너지를 고효율로 저 장

,

사용함으로써 에너지효율성을 극대화하고온실 가스배출량을감소시킬수있어 다양한산업군의동 력원으로 사용되고 있다

.

이차전지에는 납축전지

(Lead-acid),

니켈카드뮴전지

(Ni-Cd),

니켈수소전지

(Ni- MH),

리튬이차전지

(Lithium secondary battery)

가 있 는데

,

이중 리튬이차전지는 액상전해액을 사용하는 리튬이온전지

(Lithium ion battery),

젤

(Gel)

상의고분 자 전해액을 사용하는 리튬폴리머전지

(Lithium polymer battery)

로 분류된다

.

이차전지 중 리튬이차 전지는고출력이면서부피

/

중량당에너지밀도가가장 우수한경쟁력을 바탕으로 새로운 응용분야로 사업 영역이확대되고있는추세이다

[1].

현재 리튬이차전지의 최대 수요처는소형 에너지 저장시스템을사용하는 노트북

PC,

휴대전화 및 휴 대용 전자기기로

2010

년

94

억

$

에서

2020

년

220

억

$

까지 성장할것으로예측되고

,

중대형에너지저장

시스템으로의 응용도 급속도로 확대되어

,

전기자동 차 및 하이브리드 자동차의 전지시장 규모는

2020

년까지

302

억

$,

에너지저장분야는

257

억

$

까지 성장

할 것으로 예측된다

[2].

이렇게 첨단산업의 발전과

새로운수요처의 등장으로이들의 동력원으로 사용 될 리튬이차전지의기술적 발전이 절실히요구되고 있다

.

리튬이차전지의핵심소재는양극

,

음극

,

전해질

,

분 리막으로 구분되고

,

현재 상용화된 리튬이차전지의 양극소재로는리튬코발트산화물

(LiCoO

2

)

이

,

음극소재 로는카본계

(Graphite)

가 사용되고있다

.

이중 양극 소재는가장 많은재료비 비중을 차지하고 있을 뿐 만아니라전지의 성능을좌우하는중요한 핵심소재 이다

. LiCoO

2는 전체 양극소재시장의

70%

이상을 차지하고있으나

,

함유된코발트의높은가격으로리 튬이차전지의 단가를 높이고있다

.

따라서 코발트를 대체할 만한 매장량이 풍부하고 가격이 저렴한 철

(Fe)

을 양극소재로 개발할 필요가 있다

.

양극소재의 전이금속으로 저가의 철을 사용하는 것으로는

LiFePO

4 가대표적이고

,

이 소재는양극소재수요량

이큰중대형에너지저장시스템에서필히사용될전 망이다

.

최근에는

Li

2

FeSiO

4

, LiFeSO

4

F, LiFeBO

3

등의 연구결과들이 보고되고 있으며 저가 양극소재

*Corresponding Author : [Tel : +82-31-330-7481; E-mail : [email protected]]

Fig. 1. Market forecasting of Lithium secondary battery [2].

(2)

개발이활발히진행되고있다

.

본고에서는 이러한 연구 트렌드를 반영하여 리튬 이차전지의 양극소재 후보로 선정되어 상용화를 목 표로연구개발중인대표적양극소재를소개하고

, Fe

로구성된 저가양극소재들의 특성

,

합성법및향후 연구방향에대해고찰하였다

.

2. 양극소재의 기술개발동향

상용화 및연구개발되고있는양극소재는전이금 속철을이용하는올리빈형을제외하면층상과스피

넬형으로구분된다

.

대표적인층상형소재인

LiCoO

2

는

1991

년일본

Sony

社에서최초로리튬이차전지가

상용화될때부터 사용된것이고

,

합성방법이 간단하 여현재까지가장널리사용되는양극소재이다

.

그러 나전지충·방전과정중양극소재에서리튬의탈

/

삽입

(Insertion/Deinsertion)

시 결정구조의부피변화로

인해 수명이 감소되어 이론용량

(274 mAh/g)

의

40-

50%

정도만사용할수 있다

[3].

또한코발트원료의

높은가격으로인해점진적으로대체되는추세이다

.

리튬니켈산화물

(LiNiO

2

)

은

LiCoO

2와 같은 결정구 조를갖고이론용량이

275 mAh/g

으로

LiCoO

2 와유 사하나

,

^{가용용량은}

190 mAh/g

^으로

LiCoO

2보다높 다

.

^하지만 ^합성시

Ni

^은

2

^가로 ^환원되기^쉽고

,

^고온

소성시 리튬염의 휘발로 인한리튬 결핍으로 리튬

3b(Li

¹⁺

(0.90Å))

^자리에

Ni

²⁺

(0.89Å)

^가 ^혼입되어 ^양이

온혼합

(Cation-mixing)

^현상이^일어나게^된다

.

^이때

비화학양론적조성인

[Li

1-x

Ni

x

]

3b

[Ni]

3a

[O

2

]

6c 을형성하 게되어 리튬의확산경로를 방해받아충·방전 과 정에서비가역적상전이에의한용량감소를 일으키 게 된다

.

^또한

,

^소성 ^시 ^고가의^산화^분위기 ^소성로

가필요하게되어상용화전지에는잘사용되지않고 있다

[4].

이를 개선하기 위해서

LiNi

0.80

Co

0.15

Al

0.05

O

2

(NCA)

가개발되었다

. Ni

자리에전하중성유지에 필

요한일부

M

³⁺

(M=Co, Al)

을 치환하여 양이온혼입

을억제하고

, Al-O

간의강한결합력으로산소탈리

를억제시켜준다

.

층상형의 단점을개선하기 위해전이금속

Ni, Co,

Mn

등이혼재되어있는

3

원계조성이 개발되어상

용화되고있다

. Ni

의 첨가로고용량화

, Mn

의 첨가 로열적안정성및저가격화의장점을결합시킨것으 로우수한전기화학적특성을나타내고있다

(

그림

2).

이 조성의 전하중성은

Ni

²⁺

, Co

³⁺

, Mn

⁴⁺의 산화상태 를갖으며

,

충·방전시

Ni

²⁺의전기화학반응으로 용 량이얻어지며

,

충전 말기에

Co

³⁺도 전기화학반응에 참여하게된다

. Mn

⁴⁺에서는전기화학반응이일어나지 않지만

,

팔면체자리에서 결정구조의 안정화에 기여

한다

[5]. 3

^{원계에서는}^{전이금속들의}^균일한^혼합이^우

선시되므로 전구체의제조가 중요한부분을차지하 고있으며

,

공침법을이용하여수산화물로구성된전 구체

(Ni

x

Co

y

Mn

z

(OH)

2

)

^를 ^제조하고 ^리튬염과 ^균일하

게건식혼합후 일반대기분위기에서 소성하여양

극소재를합성할 수 있다

. LiCoO

2와 대비하여 전지

특성및 안전성이 우수하고 가격이 저렴한것이 큰 장점이다

.

스피넬 구조를 갖는

LiMn

2

O

4는 망간 전이금속을

이용하여가격이저렴하고높은방전전압을갖고있 으며

,

^우수한^열적^안정성을 ^갖고^있다

. [Li

⁺

]

8a

[Mn

³⁺

Mn

⁴⁺

]

16d

[O

4

]

32e 구조와 같이리튬은

8a

^사면체 ^자리에

서 비어있는

16c

^팔면체^자리로 ^이동하며 ^확산하고

3

^차원적^{스피넬구조로} ^리튬의^확산 ^거리가^짧고

,

^이

온전도도가높아급속충·방전에유리하다

[6].

Table 1. Classification of cathode materials for lithium secondary battery

Structure Layered Layered Spinel

Formula LiMO

2

(M= Co, Ni) LiMO

2

(M= Ni+Co+Mn or Al) LiM

2

O (M=Mn, Ni) Material LiCoO

2,

LiNiO

2

LiNi

0.3

Co

0.3

Mn

0.3

O

2

LiNi

0.5

Co

0.2

Mn

0.3

O

2

LiNi

0.6

Co

0.2

Mn

0.2

O

2

LiNi

0.8

Co

0.15

Al

0.05

O

2

LiMn

2

O

4

LiNi

0.5

Mn

1.5

O

4

Advantage Capacity Capacity

Cost Power

Cost

Disadvantage Cycle life Precursor synthesis Mn dissolution

(3)

198 Mn

은 전하중성을 위해

Mn

³⁺와

Mn

⁴⁺가 혼재되어 있는구조이며

, Mn

³⁺가많아평균산화수가

3.5

이하

가되면

Jahn-Teller

현상으로충·방전 시양극소재

에서비대칭적인

(Asymmetric)

부피변화를일으켜 용 량감소를일으키게된다

.

이러한단점을보완하기위 해

Mn

자리에

2

가

, 3

가 전이금속

(Mg

²⁺

, Ni

²⁺

, Al

³⁺

, Co

³⁺

)

을치환하여평균산화수를증가시키는방법도있 다

[7].

LiMn

2

O

4의 가장 큰 단점은충·방전시

Mn

과 전 해액과의촉매반응으로인해전해액내로

Mn

이용해 되어 용량 감소를 일으키고 전지수명을 단축시키는 것이다

.

이를해결하기위해양극소재입자의비표면 적을작게하거나

,

표면을 코팅시키는방법 등을적 용하여개선하고있다

[7, 8].

3. 저가형 Fe 양극소재의 종류 및 특징

리튬이차전지 소재의 가격비율은

2.2 Ah

용량의

원통형기준으로 양극소재

44%,

분리막

14%,

음극

소재

10%,

전해질

7%

정도로이중 양극소재가가

장큰 비중을차지하고있다

.

^앞으로^중대형^에너지

시스템

(

자동차

,

전력저장용등

)

에 적용하기위해서는 양극소재의저가격화가절실하므로원료가격이저렴 한 양극소재의 개발과 저비용 공정개발이 필수적이 다

[9].

표

2

는 양극소재의 주요 금속 성분인

Co, Ni,

Mn, Fe

^광석의^채광량

,

^매장량^및 ^가격을^나타낸다

.

이 표로 알 수 있듯이

Fe

^광석의 ^가격은

Co

^의

50

배

, Ni

의

18

배

, Mn

의

6

배나저렴하고

,

매장량은

Co

광석의

12,000

배에 달한다

[10].

이처럼매장량이 풍 부하고가격이 저렴한철을이용한양극소재의개발 은 환경및 경제적인 측면에서 큰 장점이기 때문에 많은연구개발이이루어져야한다

.

3.1. LiFePO4

철을 이용한 양극소재 중 가장 많은 연구결과가 있어왔고

,

양산화에근접한물질은올리빈구조를갖 는

LiFePO

4이다

.

이 소재는

1997

년

Goodenough

그룹이

XO

4y−

(X=S, P, As, Mo, W, y=2, 3)

와 같은 다

중음이온

(polyanion)

을이용하여유용한 수준의작동

전압

(3.4 V)

을 갖는

Fe-base

화합물을 고안해낸 이 후

LiFePO

4를위주로연구가진행되어 왔다

[11].

하지만

LiFePO

4는환경친화적이며저렴하고열적

안정성이 우수하다는 장점에도 불구하고 낮은 전기

전도도

(10

⁻¹⁰

S/cm)

에 기인한 고율 충·방전특성이

열악하다는단점이 있다

. LiFePO

4는비틀어진

FeO

6

, LiO

6

, PO

4로이루어진 올리빈구조

(

그림

3)

를갖는데

Fig. 2. Ni-Co-Mn system showing the classification of characters according to their stoichiometry.

Table 2. Metal elements used in lithium secondary batteries [10]

Co Ni Mn Fe

Reserve

(million ton) 72 1,610 14 2,200,000 Mine production

(million ton) 13,000 150,000 5,200 160,000,000 Cost(t) ~30,000$ ~11,000$ ~3,500$ ~600$

Fig. 3. Crystal structure of LiFePO

4

[12].

(4)

FeO

6 팔면체의 모서리를 공유하는 연속되는 결합이

없고 이것은

LiFePO

4 가 낮은 전기 전도도를 갖는

원인이된다

[12].

또한재료합성시산화수가

2

가인

Fe

화합물의산화방지를위하여불활성분위기가필

요하여제조가 용이하지 않아서 제조원가 상승요인 으로 작용하여 실용화의 최대 걸림돌이 되고 있다

.

따라서낮은전기전도도의향상방안과 용이한제조 공정의개발을위한연구가주류를이루고있는데이 는 전도도를 향상시키기 위해서 입자를 비표면적이 큰 나노구조체로 합성하여 전극과 전해질간의 접촉 면적을넓혀리튬이온의 확산거리를줄이는것이다

.

다른하나는입자의 표면개질을통해전도도를향상 시키는 방법으로 일반적으로 합성 공정 중

sucrose

와

cellulose

와 같은 탄소 전구체를 첨가시켜 코팅

공정을통해이루어지고있다

.

3.2. LiFeSO4F

LiMSO

4

F

는

tavorite

계의 공간군

P

의 단사정계

(Triclinic)

구조로

polyanion(SO

4

)

²⁻과

anion(F

⁻

)

의 결

합으로안정한전하 균형을이루며

M-O

^대비

M-F,

O-F

간 강한 합력을 갖고 있다

(

그림

4). LiFeSO

4

F

는 이론적으로 리튬 확산의 활성화 에너지가

0.89 eV

^이고

Li

1-x

FeSO

4

F

^일 ^때

0.3 eV

^로 ^매우 ^낮아^빠른

리튬확산속도를유도할수있다

.

^이러한^특징으로

인해

LiFeSO

4

F

는

LiFePO

4대비 높은방전전압과 이 온전도도를갖는다

.

그러나

LiMSO

4

F(M=Fe

²⁺

, Co

²⁺

, Ni

²⁺등

)

는 고온

(600-700

^o

C)

에서 불안정하여 일반 고상반응

(Solid- state reaction)

으로는합성이불가능하기때문에저온 에서 합성 가능한 이온열법

(Ionothermal method)

과 용매열법

(Solvothermal method)

에 의한 합성 공정 개발이진행되고있다

.

이온열법 및 용매열법을 통해 제조된

LiFeSO

4

F

양극소재는

~130 mAh/g(2.5-4.2 V, @0.1C)

의 가역 용량을갖고 방전전압은

3.6 V

로

LiFePO

4

(3.45 V)

보다높게나타난다

. LiFeSO

4

F

는

LiFePO

4와비교하 여 전압이 높고

,

전도도가 우수하여 입자의 나노화 및코팅공정이생략되므로경제성측면에서유리하 다

.

최근에는

LiFe

1-x

M

x

SO

4

F(M=Ni, Co, Mn)

등의 전기화학적특성결과들이보고되고있으며

,

여러연 구그룹에서조성 및 합성 공정최적화에 대한 기술

개발을서두르고있다

[13-18].

3.3. LiFeBO3

Monoclinic

형의

LiFeBO

3결정구조는그림

5

에서보 듯이

LiO

4

tetrahedral chain, FeO

5

trigonal bipyramid, BO

3

triangle

로 구성되어 있으며 각

FeO

5

trigonal bipyramid chain

은

[ 0 1]

방향으로 배열되고

BO

3

Triangle

^코너^공유를^통해^연결^되어^있다

.

LiFeBO

3는

PO

4대비낮은분자량으로

LiFePO

4보다 높은

220 mAh/g

의 이론용량 갖고 밀도는

3.46 g/

1

1 Fig. 4. Crystal structure of LiFeSO

4

F [16]. Fig. 5. Crystal structure of LiFeBO

3

.

(5)

200 cm

³으로

LiFePO

4

(

밀도

: 3.50 g/cm

³

)

와 유사하여 큰

부피당에너지밀도를나타내지만

,

낮은방전전압

(~2.9

V)

으로출력특성이 저하되는것이단점으로지적되

고있다

.

현재까지

LiFeBO

3는고상법을기본으로하는제조

공정이 알려져 있다

.

이와 달리 기계화학적방법

(mechanochemical method)

은 혼합공정 중분쇄 효 과를더해입자크기를 작게할수있는장점을가지 고있으며

,

탄소전구체를넣고혼합하거나후공정으 로코팅하는 방법등이보고되고 있다

.

이러한 공정 으로 제조된

LiFeBO

3는

~120 mAh/g(1.0-4.8 V, 5 mA/g)

의가용용량을보이고

,

최근

Yamada

그룹에서는 혼합 시

KB(ketchen black)

와

VGCF(vapor grown

carbon fiber)

를 첨가하여 제조하는 공정을적용하여

LiFePO

4보다 높은

~200 mAh/g(1.5-4.5 V, @0.1C)

의 가용용량을얻는데성공하였다

.

그러나대기중에방 치시수분흡수에따른

Fe

³⁺^의^증가로^인해^전기화학

적특성이 저하된다는단점도가지고 있다

[15, 16].

3.4. Li2FeSiO4

Li

2

FeSiO

4는

Pmn2

1 공간그룹을갖는

orthorhombic

구조이고

(

그림

6), Si-O

간의 매우 강한공유결합으

로 인하여 구조적 안정성이 좋은 것으로추정된다

. LiFePO

4가 동작 전압

(~3.4 V)

^과 ^이론 ^용량

(~170

mAh/g),

결정 밀도

,

에너지 밀도 모두 낮은데 비해

서

Li

2

FeSiO

4 는 이론 용량

(~330 mAh/g),

^에너지

밀도가높으며

,

^또한^화학적^안정성이^{양호하므로}^열

적안전성이뛰어나고가격이 낮다는장점이 있지만 낮은율 특성

(rate capability)

^과 ^전기^전도도 ^그리고

충전과정 중 일부상변화에 의한 결정성퇴화로 인 한수명단축문제가단점으로 꼽힌다

.

낮은전기 전 도도로인한출력특성을극복하기위해서는입자 사 이즈를줄이거나전도성 카본을코팅하는방법이 있 으며

,

나노 입자를만들기위해

sol-gel

반응을유도 한 수열합성법

, refluxing

방법 등이 시도되었으나

,

완전한결정구조를갖는상을합성하지는못하였다

[19, 20].

최근

Muraliganth

그룹에서는

Microwave-Solvo- thermal

법을 이용하여 카본 코팅된

Li

2

FeSiO

4와

Li

2

MnSiO

4의 특성 값을 측정하여 보고하였는데

,

흥 미롭게도

Li

2

FeSiO

4는

2

개의 전위 평탄면

(voltage plateaus)

을가지고있는특징을보였다

(Fe

²⁺에서

Fe

³⁺으 로반응

: ~3.1 V, Fe

³⁺에서

Fe

⁴⁺로반응

: ~4.7 V) [21].

4. 저가형 Fe 양극소재의 제조공정

4.1. LiFeSO4F의합성

LiMSO

4

F(M=Fe

²⁺

,Co

²⁺

,Ni

²⁺등

)

는 고온

(600-700

^o

C)

에서불안정하고일반 고상반응

(Solid-state reaction)

으로는합성이 불가능하기때문에 저온에서합성가

능한 이온열법

(ionothermal method)

과 용매열법

(solvothermal method)

^에^의한^개발이^진행되고^있다

(

그림

7)[13, 14].

용매열법은 기본적으로 수열합성법

(hydrothermal

method)

^과^유사한데^유일한 ^차이점은^전구체^용액이

주로수용액이 아니라는 것이다

.

^{용매열법을}^사용하

면 졸

-

겔 합성법과 수열합성법의 장점을 모두 취할 수있다

.

^따라서^{용매열법은} ^입자^크기나^형태

,

^입도

Fig. 6. Crystal structure of Li

2

FeSiO

4

[21]. Fig. 7. Schematic illustration of ionothermal and solvo-

thermal process.

(6)

분포

,

나노분말의결정성등의미세한조절이가능하 다는장점이있다

.

현재용매열법은실험실수준에서

TiO

2나노분말

,

그라핀

,

그밖의다양한나노분말제 조에사용되고 있다

[22]. LiFeSO

4

F

합성시에는

TEG (tetraethylene glycol)

용매를 이용하여 원료들을 볼밀 링을통해혼합하고

,

열처리와수세공정을통해제조

한다

. TEG

용액은이온액체보다

LiF

의용해도가커서

쉽게

LiFeSO

4

F

를합성할수있는것이장점이다

.

한편 이온열법은 전구체의 가수분해 없이 양이온

과음이온이 공존하는

Ionic liquid

를 이용하여이온

교환반응을유도하는합성법이다

[23].

이 제조공정에이용되는 전구체는

LiF, FeSO

4

·

7H

2

O

와 이온액체

(EMI-TFSI)

가 사용되고 중요한 단위공정 중 하나는

LiF

와

H

2

O

사이에 원활한 이 온교환 반응을유도하기 위하여

FeSO

4·

7H

2

O

를 열 처리시켜서

FeSO

4·

H

2

O

로 탈수반응을 하는것이 다

.

^그 ^다음 ^{리튬원료와}^{이온액체를} ^이용해 ^아래와

같은 이온교환 반응을 유도하여 합성된다

.

LiF + FeSO4·H2O → LiFeSO4F

(H

⁺

for Li

⁺

and OH

⁻

for F

⁻

)

이온열법을이용하여제조된

LiFeSO

4

F

의미세구조 를살펴보면

1

차입자가불균일하게응집해있는형태 이고

0.5~2.0

µ

m

정도의크기를갖고있다

(

그림

8).

4.2. LiFeBO3의합성

앞서기술한바와같이현재

LiFeBO

3의 제조공정

은고상법

,

특히

planetary mill

을이용한 기계화학적 방법이널리사용되고있다

.

고체물질에볼밀링같은기계적 처리에의한에너 지를가하면입자의변형과미세화가일어나

,

표면적 의증대와 함께표면에너지도 급증한다

.

표면에너지 의증대란단순히 미세화에의한표면적의증대뿐만 아니라에너지가 높은 활성표면의 증대를 의미하는 것으로입자와접하는기체

,

액체와의상호작용

(

흡착

,

용해성

)

과 입자들끼리의 상호작용

(

응집에 의한

2

차

Fig. 8. FE-SEM images of LiFeSO

4

F powder.

Fig. 9. FE-SEM images of (a) LiFeBO

3

and (b) coated LiFeBO

3

powder.

(7)

202

입자의생성

)

등이두드러지게 된다

.

또한 결정에 가

해진기계적에너지는결정자체의구조에영향을미 치고

,

입자표면에서격자스트레인이발생하게된다

.

이것이점차내부에 전파되면구조전체를 파괴하게 되어결국원료를구성하는원자

,

분자구조에도영향 을 미친다

.

혹은 격자의 이탈이 균일하게 진행되면 새로운결정상으로전이하는경우도있다

.

이러한기 계적처리에의해서생기는기계적에너지때문에물 질 그 자체의물리화학적 성질이변화는현상을 기 계화학적

(mechanochemical)

효과라고 하고

,

이는 나 노분말입자의제조뿐만아니라분자설계

,

재료합 성 등에도 그 적용이 시도되고 있으며

,

특히 금속

,

산화물등의 합성과관련된연구가 활발히진행 중 에있다

.

이러한 기계화학적합성법으로제조된

LiFeBO

3의 미세구조를 살펴보면 균일한 크기의 입자로 이루어 져있다

(

^그림

9).

^코팅한

LiFeBO

3의미세구조는코팅 을하지않은것과비교하여결정립 성장이억제되 었으며

,

더욱조밀한입자형태를나타내고있다

.

5. 결 론

향후소형에너지 저장시스템을비롯한중대형 에 너지 저장시스템의 급격한 수요증대로 인해 고효율 을갖는리튬이차전지의수요가급증할 것으로예상 되고이들의 경제적제조 및 합성 기술의 고도화가 절실히요구되고 있다

.

^특히 ^{양극소재는}^{리튬이차전}

지 핵심소재 중 가장 많은재료비 비중을 차지하고 전지의 성능을 좌우하는 핵심부품이다

.

^{양극소재의}

주요 금속원소 중

Fe

^는 ^매장량이 ^풍부하고 ^가격이

저렴하기때문에 차세대양극소재로각광받고 있다

.

현재까지가장활발하게연구된

Fe-base

^물질은^올리

빈 구조를 갖는

LiFePO

4 인데 환경 친화적이며 열

적 안정성이 우수하다는 장점에도 불구하고 환원분 위기소성설비가필요하고전도도가낮기때문에 출 력특성이좋지않다는 단점이 있다

.

^최근^들어^많은

관심을 받는 양극재료로는

tavorite

^형의

Fluoro- sulphate(LiMSO

4

F)

^계와

monoclinic

^형의

Borate (LiMBO

3

)

^계가 ^있다

. LiFeSO

4

F

^는

LiFePO

4 대비 높 은방전전압과우수한전도도를갖는것이장점이고

, LiFeBO

3의 방전전압은

2.9 V

^이지만

120-190 mAh/

g

^의^높은^{가용용량을}^갖는^것이^장점이다

.

^하지만^현

재 기술개발은실험실 규모수준으로 조성 및 합성 공정최적화에 대한기술이 확립되지않아추가적인 연구및 신뢰성검증이필요하다

.

저가형

Fe

양극소재의성능을 향상시키기위한연 구개발방향으로는신규조성의개발을비롯하여소 재의 형태

,

크기

,

탭 밀도

(Tap density),

비표면적

,

전도도특성 등을다양하게조절할 수 있는고효율

,

저가공정등을들 수 있다

.

또한타부품소재와의 상 호보완을 비롯한 추가적인 기술개발이 필요할 것으 로보인다

.

감사의 글

본 연구는 지식경제부

WPM(World Premier

Materials)

사업의연구비지원으로 수행되었습니다

.

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