계면 공학 기반 Li5FeO4 첨가제로 LiFePO4 배터리 수명 연장

리튬인산철(LFP)-흑연(Gr) 전지는 안전성과 긴 수명으로 대규모 에너지 저장 장치에 널리 사용됩니다. 그러나 고체 전해질 계면(SEI) 형성 시 발생하는 비가역적인 리튬 소모는 초기 용량 손실을 야기하고 전지의 사이클 안정성을 저해합니다. 리튬 과잉 페라이트(Li5FeO4, LFO)는 리튬 손실을 보상하는 유망한 첨가제이지만, 낮은 대기 안정성과 습기에 대한 민감성으로 인해 실제 적용에 어려움이 있었습니다. 본 연구에서는 LFO 입자 표면에 나노 규모의 보호층을 형성하는 TiO2 계면 코팅 전략을 도입하여 LFO의 안정성을 확보했습니다. TiO2 코팅은 LFO의 역형석 구조를 보존하면서 표면 열화를 억제하고 전극 공정 호환성을 향상시켰습니다. 최적화된 1.5% TiO2@LFO는 2시간 동안 대기 노출 후에도 구조적 무결성을 유지했으며, 슬러리 겔화를 효과적으로 완화했습니다. LFP-Gr 전지에서 TiO2@LFO는 3.5–4.0 V에서 비가역적인 탈리튬 플랫폼을 제공하여 SEI 관련 리튬 소모를 보상하고 초기 방전 용량을 160 mAh g−1에서 175 mAh g−1으로 증가시켰습니다. 또한, TiO2@LFO는 1C에서 500 사이클 이상 안정적인 수명을 가능하게 했으며, 파우치형 전지는 2000 사이클 후에도 60%의 용량 유지율을 달성하며 LED 램프를 구동할 수 있었습니다. 이 연구는 대기 안정적인 LFO 선리튬화 첨가제 개발을 위한 효과적인 계면 공학 접근법을 제시하며, 고에너지 밀도 리튬 이온 전지의 실용화에 기여할 것입니다.