As the demands of electric vehicle and energy storage system are increased, lithium-ion battery system get attention for energy storage device, and Li-excess layered cathode for lithium-ion battery has emerged as a strong candidate of new cathode material due to its high specific energy density. However, commercialization of Li-excess layered cathode is struggling due to layered to spinel phase transformation in bulk and transition metal (TM) dissolution on the surface by HF attack. These problems mitigates Li-ion diffusion during cycling. Herein, we devised a new method of doping and coating in one annealing treatment. We selected F$^-$ anion as doping material by PVDF in electrode, and Li$_3$PO$_4$ as coating material by PH$_3$ gas. The F$^-$ anion doping mitigates spinel transformation in the bulk due to its stronger binding energy with transition metal than that of oxygen, and Li$_3$PO$_4$ coating prevents transition metal dissolution on the surface due to HF scavenger property of Li3PO4. The F$^-$ anion doped and Li$_3$PO$_4$ layer coated LLC shows discharge capacity 223.9 mAh g$^{-1}$ after 100 cycle, 0.2 C.
전기자동차와 에너지 저장장치에 대한 수요가 증가하면서 에너지 저장장치로서 고용량 리튬 이온 배터리가 주목을 받고있고 리튬 이온 배터리 용 리튬 과잉 양극재가 새로운 양극재 후보로써 제안되었다 리튬 과잉 양극재는 높은 에너지 밀도를 구현하지만 충 방전 중 재료 내부에서의 스피넬 상변이 및 표면에서의 전이금속 용출과 같은 문제가 발생하기 때문에 상용화에 어려움이 있다 본 연구에서는 단 한번의 전극 열처리 과정을 통해 전극의 바인더로 활용하는 PVDF를 활용하여 산소보다 전이금속 이온과의 결합에너지가 강한 불소 음이온을 도핑했고 동시에 포스핀 가스 기상 반응을 통해 표면 잔류 리튬을 제거하면서 리튬 포스페이트 층을 코팅하 여 전해액과 활물질의 접촉을 억제하 였다 충 방전 이후 STEM 분석 결과 불소 음이온 도핑을 통해 재료 내부에서의 스피넬 상변이를 억제할 수 있었고 100 사이클 이후 XPS 분석 결과 리튬 포스페이트 코팅을 통해 재료 표면에서의 전이금속 용출을 억제 할 수 있었다 불소 음이온을 도핑처리와 리튬포스페이트 코팅 처리를 진행한 리튬 과잉 양극재에서 0.2 C 에서 100 회의 충 , 방전 이후 223.9 mAh g$^{-1}$ 의 높은 용량을 구현했다.