리튬이차전지용 LiFePO4의 자기특성 기반 결정배향 및 최소 인가자기장 분석

Abstract

LiFePO4는 우수한 화학적 안정성 및 저렴한 가격으로 인해 리튬이차전지 양극활물질로 널리 활용되고 있지만, 타 양극활물질 대비 낮은 리튬이온 전도성으로 인한 전기화학적 성능 저하는 주요 한계점으로 지적되고 있다. Orthorhombic 결정 기반의 올리빈(olivine) 구조를 갖는 LiFePO4의 특성상, 리튬이온 전달은 해당 결정구조 내 b-axis를 통해서만 주로 이루어지므로(1D lithium-ion transport), 리튬이온 전도성이 낮은 것으로 알려져 있다. 본 연구그룹은 LiFePO4의 자기특성에 기반하여 외부 자기장을 이용한 결정배향 연구를 수행함으로써, LiFePO4 결정의 b-axis를 전극집전체 표면에수직으로 배향하는 기술을 개발해왔다. 특히, 본 연구는 강자기장(6 T )을 이용한 선행 연구 대비 낮은 자기장(3 T )에서 수행되었으며, 해당 선행기술 결과와 비교하여 거의 동일한 전극활물질 결정배향성과 전기화학적 성능 향상도를나타내었다. 본 연구 결과를 통해, 원하는 LiFePO4 결정배향성을 확보하기 위해 더 낮은 자기장 조건의 적용 가능성을확인하였다. 이에 따라, 본 연구그룹은 LiFePO4의 자기특성을 직접 측정⋅분석하여 효과적인 결정 배향을 얻기 위해필요한 최소 자기장 크기를 이론적으로 고찰하였다. 해당 결과를 바탕으로, 추가적인 자기장 감축 가능성이 존재함을확인하였으며, 본 기술의 상용화 및 산업화 가능성이 제고될 것으로 기대된다.