SK onが次世代陽極材開発に突破口を設け、バッテリー技術リーダーシップを一層強化したと8日、明らかにした。
SK onはソウル大学のカン·ギソク教授研究チームと共に、大型粒子で構成された高密度単結晶陽極電極の開発に成功したと8日、明らかにした。 今回の研究は学術誌である単結晶陽極素材合成の技術的難題を糾明し新しい合成経路を提示し、「ネイチャーエネルギー」にも載せられた。
現在、業界で使われている多結晶陽極材は、複数の粒子が固まっている構造で、圧延工程や充・放電過程で粒子に亀裂が起き、内部ガス発生の可能性がある。 一方、単結晶陽極材は一つの単位粒子が単一の結晶構造で構成されており、簡単に亀裂が起きず、安定性と寿命が優れている。
しかし、単結晶陽極材は素材合成過程で粒子を大きく均一に成長させると同時に、構造的安定性まで確保することが難しく、業界の難題に挙げられてきた。 特に、ニッケル含有量が高い陽極素材であるほど単結晶を生成するためには高温・長時間熱処理が必要だが、この場合、陽イオン無秩序現象が現れ、バッテリー性能・寿命低下などの問題が台頭した。
SK onとソウル大学の研究陣は、問題解決のために新しい合成方法を考案した。 構造的安定性に優れ、結晶成長が容易なナトリウム基盤の単結晶を先に作った後、イオン交換を通じてリチウムに代替する方式だ。 丈夫な単結晶構造が維持されたまま陽極素材が得られるのだ。
また、研究陣は高いエネルギー密度の具現に有利な大型粒子単結晶に注目し、化学的組成、温度、時間など製作のための最適な合成条件と構造形成メカニズムを分析した。 その結果、一般陽極材粒子の大きさの約2倍に達する10μmサイズの粒子で構成され、陽イオン無秩序のないウルトラハイニッケル単結晶陽極材の開発に成功した。
SK onによると、該当単結晶陽極材は優れた機械・化学的安定性と高いエネルギー密度を持っていることが分かった。 テストの結果、陽イオン無秩序がなく、構造変形が減少し、ガス発生量も多結晶陽極材対比25倍も減少したことが確認された。 エネルギー密度も理論的決定密度の最大77%に達することが分かった。
SK onとソウル大学の研究陣は、次世代陽極材開発のための後続研究も続ける予定だ。 今回の研究結果を基に、さらに高度化した素材造成と合成方法を模索し、異なる大きさの単結晶粒子を最適の割合で組み合わせ、エネルギー密度を高める研究も検討中だ。
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