알루미늄이 첨가된 Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3-xAl_x)O₂ 양극활물질의 전기화학적 특성

Electrochemical Properties of Al Doped Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3-xAl_x)O₂, Cathode Materials

초음파분무열분해법과 한 단계의 후열처리로 이차상이 없는 Al이 첨가된 $Li(Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3-x}Al_x)O_2$ (x=0.0, 0.005, 0.01. 0.05) 리튬이차전지용 양극활물질을 합성하였다. 합성된 분말은 Al의 첨가량이 많아짐에 따라서 $I_{003}/I_{104}$ 비는 감소하고 입자가 커지는 경향을 보였다. 상온에서 전류밀도 1C의 rate로 $3.0\sim4.5V$ 범위에서 충방전 시험한 결과, Al 치환량이 0.5와 1.0 at%에서는 초기용량이 180과 $184mAhg^{-1}$으로 치환하지 않았을 때의 $182mAhg^{-1}$과 차이가 없었으며, 싸이클 특성도 치환하지 않은 것과 0.5, 1.0 at% 치환한 조성에서 각각 81, 77, 81%의 방전용량이 유지되었다. 그러나 $3.0\sim4.6V$에서는 치환효과가 확실하게 나타나서, 50 싸이클 후의 치환하지 않은 것의 방전용량은 초기용량의 30%가지 감소한데 비하여 Al을 0.5 at% 치환한 것은 70%를 유지하였다. 치환에 의한 싸이클 특성 향상은 XPS 분석 결과 Al 치환이 $Mn^{3+}$의 양을 감소시켰기 때문인 것으로 사료되었다.

Cathode materials of Al-doped $Li(Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3-x}Al_x)O_2$ (x=0.0, 0.005, 0.01 0.05) for lithium ion batteries were synthesized with ultra-sonic spray pyrolysis method and single-step heat treatment. No secondary phases were found in all synthesized powders. The intensity ratio of $I_{003}\;to\;I_{104}$, however, slightly decreased and the particle size increased with the Al contents. The cells with bare, 0.5 and 1.0 at% Al-doped powders showed the initial discharge capacities of 182, 180 and $184mAhg^{-1}$ in a voltage range of $3.0\sim4.5V$ at 1C rate, and the capacity retentions of 81, 77 and 78% at the end of 30 cycles, respectively. But in the voltage range of $3.0\sim4.6V$, the Al-doping significantly enhanced the cycle stability. For example, the discharge capacity after 50 cycles was maintained to 70% in the 0.5 at% Al-doped sample compared to only 30% in no doped sample. The improvement of the cycle stability was thought to be due to $Mn^{3+}$ ion decrease as the Al doping from the XPS analysis results.