서울과학기술대학교, 더 나은 리튬이온 배터리를 위한 LNMO 양극 개선

SeoulTech Enhances LNMO Cathodes for Better Li-Ion Batteries

(서울과학기술대학교, 더 나은 리튬이온 배터리를 위한 LNMO 양극 개선)

 

Maria Guerra, Senior Editor-Battery Technology. February 7, 2025

SeoulTech researchers enhance LNMO cathodes, improving lithium-ion battery lifespan, stability, and energy density for EVs and energy storage systems.(서울과학기술대학교 연구진은 LNMO 양극을 개량하여 전기자동차와 에너지 저장 시스템의 리튬이온 배터리 수명, 안정성, 에너지 밀도를 개선했습니다.)

 

>  Enhanced battery lifespan, stability, and energy density (향상된 배터리 수명, 안정성 및 에너지 밀도)
>  Potential for faster charging and other battery materials (더 빠른 충전 및 기타 배터리 소재의 잠재력)
>  Implications for the EV industry and energy storage (EV 산업 및 에너지 저장에 대한 영향)

 

[선진상사는 # ESS 배터리 매입 # 리튬이온 배터리 매입및수거 # 전기차 배터리 매입 # UPS 배터리 철거 # 2차 폐축전지 폐기 # 골프카 배터리 폐기 # 전기자전거 배터리 수거 # 인산철 배터리 폐기합니다.
관련하여 상담을 원하시는 분은 010 3018 0141입니다.]

[연구진은 탄산칼륨 표면을 이용한 리튬 이온 이동 개선 및 리튬 이온 배터리의 에너지 저장량 증대를 위한 리튬 공극 위상전위 하부 표면을 설계했습니다. 서울과학기술대학교 한동욱]

 

 

서울과학기술대학교, 더 나은 리튬이온 배터리를 위한 LNMO 양극 개선

Maria Guerra, Senior Editor-Battery Technology. 

February 7, 2025

서울과학기술대학교 연구진은 LNMO 양극을 개량하여 전기자동차와 에너지 저장 시스템의 리튬이온 배터리 수명, 안정성, 에너지 밀도를 개선했습니다.

 

>  향상된 배터리 수명, 안정성 및 에너지 밀도
>  더 빠른 충전 및 기타 배터리 소재의 잠재력
>  EV 산업 및 에너지 저장에 대한 영향

 

서울과학기술대학교( SeoulTech ) 연구진은 고전압 LNMO(LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄) 양극재의 성능을 특별히 목표로 하는 리튬 이온 배터리 기술 분야에서 유망한 진전을 이루었습니다 . 한동욱 교수가 이끄는 연구팀이 개발한 이 혁신은 전기 자동차(EV)와 에너지 저장 시스템에 필수적인 요소인 배터리의 수명, 안정성, 그리고 에너지 밀도 향상에 중점을 두고 있습니다.

 

>  향상된 배터리 수명, 안정성 및 에너지 밀도

 

한동욱 교수가 이끄는 연구팀은 LNMO 양극에 리튬 이온이 없는 하부 표면과 K₂CO₃가 풍부한 표면층을 설계하여 안정성과 성능을 향상시켰습니다. 한 교수는 "LNMO 양극의 성능을 향상시키기 위해 K₂CO₃가 풍부한 외부 표면과 KOH를 이용한 습식 화학법을 통해 LNMO 입자의 부분적으로 탈리튬화된 하부 표면을 도입했습니다."라고 설명했습니다. 이러한 혁신은 시간 경과에 따라 열 안정성과 사이클 성능을 향시켰습니다.

연구진에 따르면, 개선된 LNMO 양극은 처리되지 않은 버전보다 더 높은 에너지 저장 용량을 보였습니다. 표면 개질된 양극은 약 110 mAh/g의 방전 용량과 100회 사이클 후 97%의 용량 유지율을 보였으며, 이는 처리되지 않은 양극에서 관찰된 89 mAh/g의 방전 용량과 91%의 용량 유지율보다 훨씬 우수했습니다. 이러한 에너지 밀도 증가는 더 긴 배터리 수명과 더 높은 성능이 필요한 응용 분야에 매우 중요합니다.

 

>  더 빠른 충전 및 기타 배터리 소재의 잠재력

 

표면 개질은 충전 속도 향상 가능성도 보여주었습니다. 새롭게 개발된 LNMO 양극은 불순물을 줄이고 기공률을 높였는데, 이는 배터리 수명을 유지하면서 충전 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 충전 속도가 소비자들의 공통적인 관심사인 전기 자동차에 중요한 발전입니다.

연구진은 이 기술이 LNMO 양극에만 국한되지 않는다고 생각합니다. 한 교수는 연구에서 "이 기술은 LNMO에만 국한되지 않고 고성능Li[Ni1-y-zCoyMnz]O2(NMC) 및 LiFePO4(LFP)를 포함한 상업용 양극 소재에도 적용될 수 있습니다."라고 언급했습니다. 이는 이 기술이 다양한 기존 배터리 기술에 적용되어 그 영향력을 더욱 확대할 수 있음을 시사합니다.

 

>  EV 산업 및 에너지 저장에 대한 영향

 

더욱 효율적이고 비용 효율적인 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라, 이러한 발전은 전기차와 대규모 에너지 저장 시스템의 지속적인 확장을 지원할 수 있습니다. 배터리 수명, 안정성, 그리고 에너지 밀도를 향상시킴으로써, 이러한 발전은 운송 및 전력망 애플리케이션 모두에서 에너지 저장의 실현 가능성을 높이는 데 기여할 수 있습니다

 

2024년 11월 Chemical Engineering Journal 에 게재된 이 연구는 리튬 이온 배터리가 직면한 과제를 해결하는 데 있어 중요한 진전을 나타내며 에너지 저장의 미래에 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다.

 

 

Highlights

•  High-voltage LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) was advanced through KOH-assisted wet chemistry.
•  LNMO particles were categorized into bulk, inner subsurface, and external surface regions.
•  KOH adsorbed on the LNMO surfaces produced a Li-vacant topotactic subsurface with an ordered arrangement of Ni and Mn.
•  K2CO3-enriched LNMO surfaces offered chemical protection against H2O adsorption and oxidative electrolyte decomposition.
•  The newly developed LNMO demonstrated improved Li-ion kinetics, charge storage properties, and thermal stability.

 

Abstract

High-voltage LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) with a spinel structure holds great promise for enhancing the performance of Li-ion rechargeable batteries (LIBs) in the mobility industry. A critical challenge remains in stabilizing Li-ion storage and migration within these cathode materials. Surface engineering emerges as a pivotal technology, significantly influencing the chemical status of LNMO particle surfaces through the application of specific functional materials. In this study, we present a novel synthesis of disordered spinel LNMO cathode materials (space group: Fd-3 m) featuring a Li-vacant topotactic subsurface and an external surface modified with K2CO3, achieved via a KOH-assisted wet chemistry approach. The LNMO particles are categorized into three distinct regions based on two compositional boundaries: bulk, (inner) subsurface, and (external) surface. The delithiated subsurface exhibits an intensified ordered arrangement of Ni and Mn, minimizing the formation of detrimental impurity phases while promoting efficient Li-ion transport throughout the spinel lattice. Furthermore, the incorporation of K2CO3 provides chemical protection to the external surfaces of LNMO particles, effectively mitigating H2O adsorption and oxidative electrolyte decomposition. These synergistic effects culminate in remarkable electrochemical performance (reversible discharge capacity: ∼110 mA h/g at a current density of 0.2C; discharge capacity retention: ∼97 % after 100 cycles) and thermal stability of LNMO, offering significant insights for the advancement of superior high-voltage cathode materials for next-generation LIBs.

 

 

 

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