자기장 이용 전극활물질 결정배향을 통한 리튬이차전지 성능 향상: 자기특성 이론해석 및 자기장 감축기술 연구

Abstract

리튬이차전지 상용 전극활물질(LiNixMnyCo1-(x+y)O2)의 자기특성에 기반한 자기장 이용 결정배향 연구를 통해 활물질 내 결정의 리튬이온 전달방향을 전극집전체 표면에 수직으로 배향하는 기술을 개발하였다. 상용 양극활물질의 자기특성 측정 및 분석을 통해 결정배향에 필요한 자기장 크기를 이론적으로 고찰하였고, 일반 전자석에서 조성 가능한 수준의 자기장(ca. 1 Tesla (T)) 을 이용한 결정배향 기술을 확보하였다. 해당 기술은 강자기장(3 T)을 이용한 본 연구그룹의 선행기술 대비 유사한 활물질 결정 배향성 및 전기화학적 성능 향상도를 보였다. 낮은 자기장을 이용한 결정배향 기술의 유효성을 이론적, 실험적으로 검증함으로써 관련 기술의 산업적용 가능성을 제고하였다. Based on the magnetic properties of commercial cathode material (LiNixMnyCo1-(x+y)O2) for lithium-ion batteries, we have developed a technique utilizing magnetic fields to orient crystal structures, aligning the lithium-ion transfer direction perpendicular to the electrode surface across the entire electrode assembly. Through measurements and analysis of the magnetic properties of the commercial cathode material, we theoretically examined the required magnetic field strength for crystal orientation and secured a technique for crystal orientation using magnetic fields achievable in conventional electromagnets (approximately 1 Tesla (T)). This technique demonstrated comparable crystal orientation and electrochemical performance enhancement to the previous technology developed by our research group using strong magnetic fields (3 T). By validating the effectiveness of crystal orientation of commercial cathode materials at lower magnetic fields theoretically and experimentally, we aim to enhance the industrial applicability of related technologies.