NCM 811 배터리의 Hump 현상

 

NCM 811 배터리의 Hump 현상

NCM 811(니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%)은 고에너지 밀도 리튬이온 배터리 양극재로, 초기 사이클에서 특이한 용량 증가 현상인 'hump'가 관찰됩니다.

 

주요 원인

1. 결정구조 변화:
   • 초기 충방전 시 NCM 811의 층상구조가 부분적으로 재배열됩니다.
   • 이로 인해 리튬 이온의 삽입/탈리가 더 용이해져 일시적 용량 증가로 이어집니다.
2. 전이금속 이온 이동:
   • 고온(45°C)에서 니켈 이온이 리튬 층으로 이동하는 현상(cation mixing)이 발생합니다.
   • 이 과정에서 새로운 리튬 이온 경로가 형성되어 초기에는 용량이 증가할 수 있습니다.
3. 표면 필름 형성:
   • 전극 표면에 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 필름이 형성되고 안정화됩니다.
   • 초기에는 이 필름이 리튬 이온의 이동을 촉진할 수 있습니다.
4. 미세구조 변화:
   • 충방전 과정에서 입자 표면의 미세균열이 발생합니다.
   • 이는 초기에 활성 표면적을 증가시켜 용량 향상으로 이어질 수 있습니다.

시간에 따른 변화

• 0-20 사이클: 용량 증가 (hump 현상)
• 20 사이클 이후: 점진적인 용량 감소 시작

주의사항

이 현상은 일시적이며, 장기적으로는 구조적 불안정성과 용량 감소로 이어집니다.

특히 고온에서는 이러한 변화가 더욱 가속화될 수 있습니다.