다양한 합성법을 이용한 리튬철인화물계 양극 활물질의 합성 및 전기화학적 특성 Synthesis and electrochemical characterization of lithium iron phosphate materials by various synthetic methods원문보기
LiFePO4는 고상법의 경우 출발물질로써 Li2CO3, FeC2O4·2H2O 및 (NH4)2HPO4를 사용하여 각각의 물질을 화학양론비로 혼합 분쇄하여 Ar 분위기하에서 400℃에서 3시간 동안 소결시킨 후 다시 660℃에서 5시간 재소결하여 최종물질을 합성하였고 졸-겔법의 경우 출발물질로써 LiCH3COO, Fe(CH3COO)2, H3PO4 및 adipic acid를 ...
LiFePO4는 고상법의 경우 출발물질로써 Li2CO3, FeC2O4·2H2O 및 (NH4)2HPO4를 사용하여 각각의 물질을 화학양론비로 혼합 분쇄하여 Ar 분위기하에서 400℃에서 3시간 동안 소결시킨 후 다시 660℃에서 5시간 재소결하여 최종물질을 합성하였고 졸-겔법의 경우 출발물질로써 LiCH3COO, Fe(CH3COO)2, H3PO4 및 adipic acid를 에탄올에 녹여 혼합하고 100℃에서 증발·건조시킨 후 Ar 분위기인 튜브형 소결로에서 400℃로 3시간 동안 소결한 후 다시 670℃로 5시간 재소결하여 최종물질을 합성하였다. 다양한 합성법을 이용하여 합성된 LiFePO4는 FeP, Fe2P와 같은 불순물 피크가 보이지 않는 전형적인 사방정 구조의 LiFePO4 XRD 패턴을 나타내었고 충·방전 실험결과 112 ㎃h/g의 방전용량을 나타내었다. 졸-겔법으로 합성한 LiFePO4 활물질은 고상법으로 합성한 시료(200~300 ㎚)보다 다소 작은 약 50~150 ㎚의 입자 크기를 가지며 충·방전 실험 결과 153 ㎃h/g의 높은 방전용량을 보였으며, 고율 충·방전 실험 결과 고상법으로 합성한 시료보다 더 우수한 전지특성을 보여주었다. 또한 Li1.05FePO4과 Li1.05Fe0.997Cu0.003 PO4는 출발물질로써 Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4 및 CuO를 사용하여 고상법으로 합성하였다. Li1.05FePO4와 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4의 XRD 결과, LiFe PO4 상과 비교하여 두 물질 역시 불순물 피크가 보이지 않는 잘 발달된 사방정 구조를 나타내었다. SEM 분석에 의해 Li1.05FePO4와 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4는 200~300 ㎚의 비슷한 입자 크기를 가짐을 확인할 수 있었다. Li1.05Fe0.997 Cu0.003PO4의 경우 입자들 간의 접촉면들이 Li1.05FePO4의 경우보다 더 잘 접촉되어 있는 상태를 보였다. 또한 충?방전 실험을 통해 Li1.05FePO4는 138 ㎃h/g(0.1 C)인데 반해 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4는 145 ㎃h/g의 더 높은 초기방전용량을 보임을 확인하였으며, 다양한 분석기법을 통해 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4가 Li1.05FePO4보다 더 우수한 전기화학적 특성을 보임을 알 수 있었다. 이는 미량의 Li과 Cu 치환은 Li과 Fe 사이트에서 치환됨으로써 순수한 LiFePO4의 구조변화에 큰 영향을 미치지는 않지만, 입자간의 형태를 미세하게 변화시켜 리튬 이온의 이동이 용이하게 되어 전기 전도도 및 전극 특성을 향상시키는 것으로 판단되었다.
LiFePO4는 고상법의 경우 출발물질로써 Li2CO3, FeC2O4·2H2O 및 (NH4)2HPO4를 사용하여 각각의 물질을 화학양론비로 혼합 분쇄하여 Ar 분위기하에서 400℃에서 3시간 동안 소결시킨 후 다시 660℃에서 5시간 재소결하여 최종물질을 합성하였고 졸-겔법의 경우 출발물질로써 LiCH3COO, Fe(CH3COO)2, H3PO4 및 adipic acid를 에탄올에 녹여 혼합하고 100℃에서 증발·건조시킨 후 Ar 분위기인 튜브형 소결로에서 400℃로 3시간 동안 소결한 후 다시 670℃로 5시간 재소결하여 최종물질을 합성하였다. 다양한 합성법을 이용하여 합성된 LiFePO4는 FeP, Fe2P와 같은 불순물 피크가 보이지 않는 전형적인 사방정 구조의 LiFePO4 XRD 패턴을 나타내었고 충·방전 실험결과 112 ㎃h/g의 방전용량을 나타내었다. 졸-겔법으로 합성한 LiFePO4 활물질은 고상법으로 합성한 시료(200~300 ㎚)보다 다소 작은 약 50~150 ㎚의 입자 크기를 가지며 충·방전 실험 결과 153 ㎃h/g의 높은 방전용량을 보였으며, 고율 충·방전 실험 결과 고상법으로 합성한 시료보다 더 우수한 전지특성을 보여주었다. 또한 Li1.05FePO4과 Li1.05Fe0.997Cu0.003 PO4는 출발물질로써 Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4 및 CuO를 사용하여 고상법으로 합성하였다. Li1.05FePO4와 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4의 XRD 결과, LiFe PO4 상과 비교하여 두 물질 역시 불순물 피크가 보이지 않는 잘 발달된 사방정 구조를 나타내었다. SEM 분석에 의해 Li1.05FePO4와 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4는 200~300 ㎚의 비슷한 입자 크기를 가짐을 확인할 수 있었다. Li1.05Fe0.997 Cu0.003PO4의 경우 입자들 간의 접촉면들이 Li1.05FePO4의 경우보다 더 잘 접촉되어 있는 상태를 보였다. 또한 충?방전 실험을 통해 Li1.05FePO4는 138 ㎃h/g(0.1 C)인데 반해 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4는 145 ㎃h/g의 더 높은 초기방전용량을 보임을 확인하였으며, 다양한 분석기법을 통해 Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4가 Li1.05FePO4보다 더 우수한 전기화학적 특성을 보임을 알 수 있었다. 이는 미량의 Li과 Cu 치환은 Li과 Fe 사이트에서 치환됨으로써 순수한 LiFePO4의 구조변화에 큰 영향을 미치지는 않지만, 입자간의 형태를 미세하게 변화시켜 리튬 이온의 이동이 용이하게 되어 전기 전도도 및 전극 특성을 향상시키는 것으로 판단되었다.
The LiFePO4 cathode material were synthesized at 660℃ for 2.5 hrs in Ar atmosphere by solid-state method using Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4 and were synthesized at 670℃ for 5 hrs in Ar atmosphere by sol-gel method using LiCH3COO, Fe(CH3COO)2, H3PO4, and adipic acid. XRD patterns of the LiFePO4 ob...
The LiFePO4 cathode material were synthesized at 660℃ for 2.5 hrs in Ar atmosphere by solid-state method using Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4 and were synthesized at 670℃ for 5 hrs in Ar atmosphere by sol-gel method using LiCH3COO, Fe(CH3COO)2, H3PO4, and adipic acid. XRD patterns of the LiFePO4 obtained by various synthetic methods showed an orthorhombic structure with Pnma space group without any impurities such as FeP, Fe2P. The LiFePO4 obtained by sol-gel method was composed of about 50-150 ㎚ size along with very small particle size distribution which was smaller than that of the parent LiFePO4 obtained by solid state method(200-300 ㎚) and exhibited a high initial discharge capacity above 153 ㎃h/g as well as an excellent high rate performance, which was higher than that of the parent Li/LiFePO4(120 ㎃h/g) cell by solid-state method. The Li1.05FePO4 and Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 cathode material were synthesized at 660℃ for 3 hrs in Ar atmosphere by solid-state method using Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4. XRD patterns of the Li1.05FePO4 and Li1.05Fe0.997 Cu0.003PO4 materials showed both had an orthorhombic structure with the Pnma space group without any impurities. SEM image of two materials showed very similar particle shapes and distributions. Li1.05FePO4 was composed of many large poly crystalline type particles with a diameter of about 200~300 ㎚ and small particles with a diameter of about 20~50 ㎚, which were distributed among the larger particles. Each particle was completely isolated without any linking. However, Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 showed slightly different particle morphology from the original material. The particles of Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 seem to melt and combine with each other during the synthetic process. It was observed that the particles were connected to each other and lumps of micro size. Although this does not occur throughout the whole material due to the very small amount of Cu doping, the change in the morphology is three or four times as much as that in the parent Li1.05FePO4. The first charge/discharge curves of Li/Li1.05FePO4 show the typical electrochemical behavior of lithium iron phosphate. it presents a small discharge capacity of only about 138 ㎃h/g (0.1 C), which was expected owing to the unsatisfactory powder morphology. On the other hand, the Li/Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 cell presents an increased discharge capacity of 145 ㎃h/g in the first discharge process. Cyclic voltammogram and electric conductivity analysis indicate that Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 shows higher electrochemical performance peak than that of the parent Li1.05FePO4. This indication might result from the improvement of electrical conductivity between particles in the Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 material by a very small amount of Cu substitution.
The LiFePO4 cathode material were synthesized at 660℃ for 2.5 hrs in Ar atmosphere by solid-state method using Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4 and were synthesized at 670℃ for 5 hrs in Ar atmosphere by sol-gel method using LiCH3COO, Fe(CH3COO)2, H3PO4, and adipic acid. XRD patterns of the LiFePO4 obtained by various synthetic methods showed an orthorhombic structure with Pnma space group without any impurities such as FeP, Fe2P. The LiFePO4 obtained by sol-gel method was composed of about 50-150 ㎚ size along with very small particle size distribution which was smaller than that of the parent LiFePO4 obtained by solid state method(200-300 ㎚) and exhibited a high initial discharge capacity above 153 ㎃h/g as well as an excellent high rate performance, which was higher than that of the parent Li/LiFePO4(120 ㎃h/g) cell by solid-state method. The Li1.05FePO4 and Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 cathode material were synthesized at 660℃ for 3 hrs in Ar atmosphere by solid-state method using Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4. XRD patterns of the Li1.05FePO4 and Li1.05Fe0.997 Cu0.003PO4 materials showed both had an orthorhombic structure with the Pnma space group without any impurities. SEM image of two materials showed very similar particle shapes and distributions. Li1.05FePO4 was composed of many large poly crystalline type particles with a diameter of about 200~300 ㎚ and small particles with a diameter of about 20~50 ㎚, which were distributed among the larger particles. Each particle was completely isolated without any linking. However, Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 showed slightly different particle morphology from the original material. The particles of Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 seem to melt and combine with each other during the synthetic process. It was observed that the particles were connected to each other and lumps of micro size. Although this does not occur throughout the whole material due to the very small amount of Cu doping, the change in the morphology is three or four times as much as that in the parent Li1.05FePO4. The first charge/discharge curves of Li/Li1.05FePO4 show the typical electrochemical behavior of lithium iron phosphate. it presents a small discharge capacity of only about 138 ㎃h/g (0.1 C), which was expected owing to the unsatisfactory powder morphology. On the other hand, the Li/Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 cell presents an increased discharge capacity of 145 ㎃h/g in the first discharge process. Cyclic voltammogram and electric conductivity analysis indicate that Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 shows higher electrochemical performance peak than that of the parent Li1.05FePO4. This indication might result from the improvement of electrical conductivity between particles in the Li1.05Fe0.997Cu0.003PO4 material by a very small amount of Cu substitution.
주제어
#lithium secondary battery cathode material lithium iron phosphate LiFePO4
학위논문 정보
저자
허정배
학위수여기관
전남대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
응용화학공학과
지도교수
이윤성
발행연도
2008
총페이지
xi, 90 p
키워드
lithium secondary battery cathode material lithium iron phosphate LiFePO4
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