최근 전기자동차의 발전과 다양한 전자기기들의 사용시간이 증가하면서 고용량 전지에 대한 소비자들의 요구가 증가하고 있다. 리튬은 낮은 원자량과 낮은 반응 전위를 가져서 높은 에너지 밀도를 가지는 전지를 구현하기 적합하며, ...
최근 전기자동차의 발전과 다양한 전자기기들의 사용시간이 증가하면서 고용량 전지에 대한 소비자들의 요구가 증가하고 있다. 리튬은 낮은 원자량과 낮은 반응 전위를 가져서 높은 에너지 밀도를 가지는 전지를 구현하기 적합하며, 리튬 이차전지는 이차전지 시장의 가장 큰 부분을 차지하고 있다. 하지만 현재 상용화된 리튬 이차전지 소재는 고용량화에 한계를 가지고 있다. 특히, 리튬 이차전지 출현 이래로 음극 소재로써 꾸준히 사용된 흑연은 우수한 수명특성을 보이지만 리튬과 반응하여 LiC6를 형성하며 372 mAh g-1의 비교적 낮은 용량을 보인다. 따라서 리튬 이차전지의 고용량화를 위해서는 흑연을 대체할 수 있는 고용량 소재가 필수적이다.
흑연을 대체할 수 있는 물질로써 에너지 밀도가 높은 리튬-합금형 소재가 주목받고 있다. 리튬-합금형 물질은 리튬과 합금을 형성하며 반응하므로, 리튬과 층간 삽입 반응을 하는 흑연보다 에너지 밀도가 높다는 특징이 있다. 특히, 실리콘(Si)은 다양한 리튬-합금형 물질 중 무게당, 부피당 용량이 가장 크고 자연에 매우 풍부하며 친환경적이라는 장점을 갖고 있다. 그러나 실리콘은 다른 리튬-합금형 물질처럼 리튬과의 반응 과정에서 큰 부피 변화로 인해 빠르게 용량이 감소하며 수명특성이 좋지 않다는 단점이 있다.
본 연구는 고용량 리튬-합금형 소재인 실리콘의 부피 변화 완화를 위한 두 가지 방법을 제안한다. 첫째로, 용매열 합성법 및 열처리 과정을 통해 탄소 코팅된 실리콘-나이오븀 산화물 복합체를 합성했다. 합성한 복합체는 100회의 충전 및 방전 사이클 동안 약 900 mAh g-1의 가역적인 용량을 보였다. 둘째로, 볼밀링법과 산 에칭을 이용하여 실리콘으로부터 다공성 실리콘 산화물(SiO)을 합성했다. 합성한 다공성 실리콘 산화물은 200회의 충전 및 방전 사이클 동안 약 900 mAh g-1의 가역 용량을 보였다.
최근 전기자동차의 발전과 다양한 전자기기들의 사용시간이 증가하면서 고용량 전지에 대한 소비자들의 요구가 증가하고 있다. 리튬은 낮은 원자량과 낮은 반응 전위를 가져서 높은 에너지 밀도를 가지는 전지를 구현하기 적합하며, 리튬 이차전지는 이차전지 시장의 가장 큰 부분을 차지하고 있다. 하지만 현재 상용화된 리튬 이차전지 소재는 고용량화에 한계를 가지고 있다. 특히, 리튬 이차전지 출현 이래로 음극 소재로써 꾸준히 사용된 흑연은 우수한 수명특성을 보이지만 리튬과 반응하여 LiC6를 형성하며 372 mAh g-1의 비교적 낮은 용량을 보인다. 따라서 리튬 이차전지의 고용량화를 위해서는 흑연을 대체할 수 있는 고용량 소재가 필수적이다.
흑연을 대체할 수 있는 물질로써 에너지 밀도가 높은 리튬-합금형 소재가 주목받고 있다. 리튬-합금형 물질은 리튬과 합금을 형성하며 반응하므로, 리튬과 층간 삽입 반응을 하는 흑연보다 에너지 밀도가 높다는 특징이 있다. 특히, 실리콘(Si)은 다양한 리튬-합금형 물질 중 무게당, 부피당 용량이 가장 크고 자연에 매우 풍부하며 친환경적이라는 장점을 갖고 있다. 그러나 실리콘은 다른 리튬-합금형 물질처럼 리튬과의 반응 과정에서 큰 부피 변화로 인해 빠르게 용량이 감소하며 수명특성이 좋지 않다는 단점이 있다.
본 연구는 고용량 리튬-합금형 소재인 실리콘의 부피 변화 완화를 위한 두 가지 방법을 제안한다. 첫째로, 용매열 합성법 및 열처리 과정을 통해 탄소 코팅된 실리콘-나이오븀 산화물 복합체를 합성했다. 합성한 복합체는 100회의 충전 및 방전 사이클 동안 약 900 mAh g-1의 가역적인 용량을 보였다. 둘째로, 볼밀링법과 산 에칭을 이용하여 실리콘으로부터 다공성 실리콘 산화물(SiO)을 합성했다. 합성한 다공성 실리콘 산화물은 200회의 충전 및 방전 사이클 동안 약 900 mAh g-1의 가역 용량을 보였다.
We report on a rationally designed microsphere composite consisting of Nb2O5 and Si nanoparticles for application to secondary Li batteries as anode material. The micron-sized spherical Nb2O5-Si composite was first prepared using a solvothermal method with an appropriate surfactant. Heat treatment w...
We report on a rationally designed microsphere composite consisting of Nb2O5 and Si nanoparticles for application to secondary Li batteries as anode material. The micron-sized spherical Nb2O5-Si composite was first prepared using a solvothermal method with an appropriate surfactant. Heat treatment was performed to achieve both crystallization of the Nb2O5 and pyrolysis of the carbon precursor, yielding a carbon-coated Nb2O5-Si microsphere composite. To characterize the synthesized material, X-ray diffraction, electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy were employed. The electrochemical test results demonstrated that the composite electrode delivered a high capacity of approximately 900 mAh g–1 after 100 cycles. This improved cycling stability can be attributed to the microstructure. In the microsphere composite, Si nanoparticles play a role as the main active material for Li storage; however, they suffer large volume changes during Li insertion and extraction cycling. In our composite material, crystallized orthorhombic Nb2O5 buffers the volume change and facilitates rapid Li transport through its microspheres. Additionally, the carbon coating layer acts as a secondary buffering medium and propels fast electronic/ionic transport.
In this study, we propose a simple strategy for the mass-production of a porous SiO material as an anode material for rechargeable Li-ion batteries. The porous SiO composite was prepared by mechanochemically oxidizing inexpensive micro- and nano-sized Si powders while simultaneously reducing ZnO powder using a high-energy ball milling process. The resulting Zn of the SiO/Zn composite was chemically removed by acid-aided etching. The porous SiO composite electrode exhibited improved electrochemical properties over a commercially available SiO electrode because of its microstructure modification. Also, the effects of the starting Si powder’s particle size on the resulting microstructure and electrochemical properties were thoroughly investigated with material and electrochemical characterization tools.
We report on a rationally designed microsphere composite consisting of Nb2O5 and Si nanoparticles for application to secondary Li batteries as anode material. The micron-sized spherical Nb2O5-Si composite was first prepared using a solvothermal method with an appropriate surfactant. Heat treatment was performed to achieve both crystallization of the Nb2O5 and pyrolysis of the carbon precursor, yielding a carbon-coated Nb2O5-Si microsphere composite. To characterize the synthesized material, X-ray diffraction, electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy were employed. The electrochemical test results demonstrated that the composite electrode delivered a high capacity of approximately 900 mAh g–1 after 100 cycles. This improved cycling stability can be attributed to the microstructure. In the microsphere composite, Si nanoparticles play a role as the main active material for Li storage; however, they suffer large volume changes during Li insertion and extraction cycling. In our composite material, crystallized orthorhombic Nb2O5 buffers the volume change and facilitates rapid Li transport through its microspheres. Additionally, the carbon coating layer acts as a secondary buffering medium and propels fast electronic/ionic transport.
In this study, we propose a simple strategy for the mass-production of a porous SiO material as an anode material for rechargeable Li-ion batteries. The porous SiO composite was prepared by mechanochemically oxidizing inexpensive micro- and nano-sized Si powders while simultaneously reducing ZnO powder using a high-energy ball milling process. The resulting Zn of the SiO/Zn composite was chemically removed by acid-aided etching. The porous SiO composite electrode exhibited improved electrochemical properties over a commercially available SiO electrode because of its microstructure modification. Also, the effects of the starting Si powder’s particle size on the resulting microstructure and electrochemical properties were thoroughly investigated with material and electrochemical characterization tools.
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