Electrochemical Characteristic Change of Cr-doped Li4Ti5O12 due to Different Water Solubility of Dopant Precursors

Li₄Ti₅O₁₂ 는 우수한 안정성으로 자동차용 리튬 이온 이차전지의 음극 활물질로서 각광 받고 있다. 그러나 넓은 밴드갭에 기인한 절연체 특성으로 고율 충/방전을 가능하게 하기 위해서는 전자 전도도의 개선이 필수적이다. 본 연구에서는 Cr 도핑을 통해 Li₄Ti₅O₁₂ 의 전자 전도도 개선을 목표로 하였으며, wet-mixing법을 통한 물질 합성시 도판트인 Cr 프리커서의 용해도 차이에 의한 Cr-doped Li₄Ti₅O₁₂ 의 전기화학적 특성 변화를 고찰하고자 하였다. 시료의 물리적 특성은 ICP, XRD, SEM, EXAFS을 통하여 확인하였고 1.0V~3.0V (vs. Li/Li⁺ ) 하에서 충/방전 특성을 조사하였다. 프리커서의 용해도는 합성된 물질의 상(phase) 및 모폴로지에 큰 영향을 미쳤으며, 가장 용해도가 높은 Cr(NO₃)₂ 프리커서로부터 합성된 경우 Bare Li₄Ti₅O₁₂ 와 비교하여 약 2배 개선된 고율 충/방전 특성(130 mAh/g @ 10 C)을 확인하였다. Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) have attracted much attention of researchers in the field of energy storage, because of their excellent stability for electric vehicle application. A main drawback of LTO is however their insulating nature due to the wide bandgap, which should be addressed to enhance the battery performance. In this study, we investigated the effect of water solubility of dopant precursor on the electrochemical characteristics of conducting LTO prepared by doping with Cr³⁺ ions with the well-known wet-mixing method. The solubility of dopant precursor directly affected the morphology and the phase of doped LTO, and therefore their battery performance. In the case of employing the most soluble dopant precursor, Cr(NO₃)₂ , the doped LTO demonstrated a markedly enhanced discharge capacity at high C-rate (130mAh/g @ 10C), which is about 2 times higher value than that of bare LTO.