니켈 풍부한 양극의 고전압 성능 안정화: 용이한 용매열 합성에 의한 니오븀 도핑 스트론튬 타이타네이트 활용

니켈 풍부한 층상 삼원 양극은 낮은 독성의 코발트 함량과 높은 에너지 밀도(∼800 Wh/kg) 덕분에 유망한 후보입니다. 그러나 니켈 풍부한 양극 개발에서의 주요 도전 과제는 주기적 안정성을 개선하는 것으로, 특히 고전압(>4.3 V) 하에서의 안정성이 배터리 성능과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 연구에서는 용이한 용매열 방법을 통해 니오븀 도핑된 스트론튬 타이타네이트(Nb-STO)를 성공적으로 합성하고, 이를 리튬니켈0.8코발트0.1망간0.1산화물(NCM811) 양극의 표면 수정층으로 사용하였습니다. 그 결과, Nb-STO 수정을 통해 고전압(4.5 V) 운영 조건에서도 양극 소재의 주기적 안정성이 크게 향상되었음을 보여주었습니다. 특히, 본 연구에서 가장 우수한 샘플은 1 C 하에서 100 사이클 후에 3.0–4.5 V 전압 범위에서 84% 이상의 용량 유지를 보이며 ∼190 mAh/g의 높은 방전 용량을 제공할 수 있었습니다. 이는 동일 조건에서 원래 NCM811(∼61%) 및 순수 STO 수정된 STO-811-600(∼76%) 샘플보다 우수합니다. NCM811의 고전압 하에서의 전기화학적 성능 및 안정성 향상은 전이 금속의 용해 방지뿐만 아니라 충전 종료 시 전해질의 열화를 줄이는 데 기여하고, 또한 제어할 수 없는 양극–전해질 계면(CEI) 진화로 인한 내부 저항 증가를 완화하는 데 기인할 수 있습니다. 이러한 결과는 최적화된 니오븀 도핑 비율을 가진 합성된 STO가 현대 리튬 이온 배터리에서 니켈 풍부한 양극 소재의 상용화를 촉진하기 위한 유망한 후보가 될 수 있음을 제시합니다.