고성능 리튬 이온 배터리 음극 소재를 위한 육각 기둥 모양의 LTO-TiO2 복합체의 형성 Synthesis of hexagonal-shaped Li4Ti5O12/Rutile TiO2 as an anode material in lithium-ion batteries원문보기
스피넬 구조를 가지고 있는 LTO는 리튬 이온이 충/방전 되는 과정에서 부피 변화를 무시 할 수 있는 zero-strain의 특성을 지니고 있기 때문에 장수명의 특성을 가져 차세대 리튬 이차 전지 음극재로 주목 받고 있는 물질이다. 또한, LTO는 리튬의 삽입 과정이 1.5 V 근처에서 일어나기 때문에 SEI층을 형성 하지 않는다는 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 장점들을 가지고 있음에도 LTO의 낮은 이온 전도성과 이론 용량을 개선해야 한다는 한계를 지니고 있다. 본 연구에서는 수열 합성 과정에서 pH를 조절한다는 비교적 간단한 방법을 이용하여 육각 기둥 형태의 LTO와 Rutile ...
스피넬 구조를 가지고 있는 LTO는 리튬 이온이 충/방전 되는 과정에서 부피 변화를 무시 할 수 있는 zero-strain의 특성을 지니고 있기 때문에 장수명의 특성을 가져 차세대 리튬 이차 전지 음극재로 주목 받고 있는 물질이다. 또한, LTO는 리튬의 삽입 과정이 1.5 V 근처에서 일어나기 때문에 SEI층을 형성 하지 않는다는 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 장점들을 가지고 있음에도 LTO의 낮은 이온 전도성과 이론 용량을 개선해야 한다는 한계를 지니고 있다. 본 연구에서는 수열 합성 과정에서 pH를 조절한다는 비교적 간단한 방법을 이용하여 육각 기둥 형태의 LTO와 Rutile TiO2 복합체를 형성하였고, 이를 통해 앞서 언급한 LTO 한계점들을 개선하고자 하였다. 합성한 소재의 성분 분석을 위해 XRD 분석을 진행하였고, SEM과 TEM 이미지를 통해 육각 기둥 형태 및 격자 형태를 확인할 수 있었다. 또한 전기화학 특성 분석을 위해 EIS와 Potentiostat를 이용하여 CV, 충/방전, GITT 등을 수행하며 용량 특성 및 안정성 등을 평가하였다. 다양한 전기 화학 특성 분석 결과 LTO와 Rutile TiO2 복합체가 높은 리튬 이온 확산 계수를 가져 기존의 LTO보다 더욱 높은 용량을 나타냄을 확인하였다.
스피넬 구조를 가지고 있는 LTO는 리튬 이온이 충/방전 되는 과정에서 부피 변화를 무시 할 수 있는 zero-strain의 특성을 지니고 있기 때문에 장수명의 특성을 가져 차세대 리튬 이차 전지 음극재로 주목 받고 있는 물질이다. 또한, LTO는 리튬의 삽입 과정이 1.5 V 근처에서 일어나기 때문에 SEI층을 형성 하지 않는다는 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 장점들을 가지고 있음에도 LTO의 낮은 이온 전도성과 이론 용량을 개선해야 한다는 한계를 지니고 있다. 본 연구에서는 수열 합성 과정에서 pH를 조절한다는 비교적 간단한 방법을 이용하여 육각 기둥 형태의 LTO와 Rutile TiO2 복합체를 형성하였고, 이를 통해 앞서 언급한 LTO 한계점들을 개선하고자 하였다. 합성한 소재의 성분 분석을 위해 XRD 분석을 진행하였고, SEM과 TEM 이미지를 통해 육각 기둥 형태 및 격자 형태를 확인할 수 있었다. 또한 전기화학 특성 분석을 위해 EIS와 Potentiostat를 이용하여 CV, 충/방전, GITT 등을 수행하며 용량 특성 및 안정성 등을 평가하였다. 다양한 전기 화학 특성 분석 결과 LTO와 Rutile TiO2 복합체가 높은 리튬 이온 확산 계수를 가져 기존의 LTO보다 더욱 높은 용량을 나타냄을 확인하였다.
Spinel Li4Ti5O12 (LTO) has been considered as an ideal material for lithium ion batteries, because of its excellent long-term cycling lifetime endowed by a negligible volume variation during lithium intercalation/deintercalation processes. Besides, spinel Li4Ti5O12 does not form solid electrolyte in...
Spinel Li4Ti5O12 (LTO) has been considered as an ideal material for lithium ion batteries, because of its excellent long-term cycling lifetime endowed by a negligible volume variation during lithium intercalation/deintercalation processes. Besides, spinel Li4Ti5O12 does not form solid electrolyte interphase (SEI) because the Li-insertion process occurs at around 1.5 V (versus Li/Li+). Despite such advantages, however, increasing the capacity and the electronic conductivity of the Li4Ti5O12 remains a challenge. In this work, Li4Ti5O12 containing rutile TiO2 (LTO/TiO2) that improves the capacity is synthesized by a simple technique of controlling the pH during a hydrothermal method. The presence of a mixed phase of LTO/TiO2 is confirmed by X-ray diffraction (XRD) and its unique morphology identified by scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic intermittent titration technique (GITT) reveal a larger diffusion coefficient (DLi+) for the LTO/TiO2 as compared to pristine LTO. The specific capacity at a discharging process of 1 C reaches 142 mAhg-1. Also, it appears a lower charge transfer resistance and a higher diffusion coefficient.
Spinel Li4Ti5O12 (LTO) has been considered as an ideal material for lithium ion batteries, because of its excellent long-term cycling lifetime endowed by a negligible volume variation during lithium intercalation/deintercalation processes. Besides, spinel Li4Ti5O12 does not form solid electrolyte interphase (SEI) because the Li-insertion process occurs at around 1.5 V (versus Li/Li+). Despite such advantages, however, increasing the capacity and the electronic conductivity of the Li4Ti5O12 remains a challenge. In this work, Li4Ti5O12 containing rutile TiO2 (LTO/TiO2) that improves the capacity is synthesized by a simple technique of controlling the pH during a hydrothermal method. The presence of a mixed phase of LTO/TiO2 is confirmed by X-ray diffraction (XRD) and its unique morphology identified by scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic intermittent titration technique (GITT) reveal a larger diffusion coefficient (DLi+) for the LTO/TiO2 as compared to pristine LTO. The specific capacity at a discharging process of 1 C reaches 142 mAhg-1. Also, it appears a lower charge transfer resistance and a higher diffusion coefficient.
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