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● 토호쿠(東北)대학 다원물질과학연구소, 고휘도광과학연구센터(JASRI)의 공동 연구팀이 리튬 이온 전지에 사용되는 산화물 양(+)극 재료를 대상으로, 산화물 양극 재료의 산소 이탈 현상을 상세하게 평가하고 재료 중의 산소를 불안정하게 하는 요인을 규명함.

● 연구진은 리튬 이온 전지에 사용되는 산화물 양극 재료인 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM111)를 대상으로 NCM111의 산소 이탈 현상을 쿨롱 적정법(coulometric titration)에 의해 평가, 산소 이탈에 따르는 결정 구조의 변화를 X선 회절측정을 통해 규명함.

● 1)NCM111은 약 5mol%의 산소를 격자로부터 잃더라도 환원 분해하지 않는 점, 2)산소 이탈이 진행될수록 Li와 Ni가 격자 위치를 교환하여 원래의 층상 구조가 흐트러져 랜덤화되는 것을 발견했으며, 이는 산소 이탈이 발생하면 전지 특성이 저하되는 것을 시사함. 또한, 산소 이탈시의 환원 거동을 대형 방사광시설 SPring-8의 BL27SU의 X선 흡수분광에 의해 평가한 바, 산소 탈리 메커니즘에 도달함.

● 본 연구에서 사용한 평가 방법 및 연구 결과는 차세대 축전지에 사용되는 산화물 축전 재료에도 적용될 것으로 보이며, 차세대 에너지 저장 기술의 발전을 지원하는 기초 이론이 될 것으로 기대됨.

※ Advanced Energy Materials 게재 , "Lattice Oxygen Instability in Oxide-based Intercalation Cathodes: A Case Study of Layered LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2"