최근 지구온난화가 전세계적으로 큰 이슈가 됨에 따라 각 나라에서는 저 탄소정책을 시행하고 있다. 방출되는 배기가스의 CO2 양을 줄이고자 fossil fuel 기반의 자동차에서 전기 자동차 (electric vehicles, EVs) 로의 산업이 발전하고 있다. 전기자동차에 사용되는 Li-ion battery는 긴 주행거리와 높은 출력특성을 충족시키기 위해 고 에너지 밀도의 특성이 요구되고 있다. 하지만 액체전해질 기반의 Li-ion battery 는 온도가 낮아짐에 따라 액체전해질의 점도가 증가하여 이온전도도가 감소하고, 액체전해질이 발화원으로써 작용하여 안정성의 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 ...
최근 지구온난화가 전세계적으로 큰 이슈가 됨에 따라 각 나라에서는 저 탄소정책을 시행하고 있다. 방출되는 배기가스의 CO2 양을 줄이고자 fossil fuel 기반의 자동차에서 전기 자동차 (electric vehicles, EVs) 로의 산업이 발전하고 있다. 전기자동차에 사용되는 Li-ion battery는 긴 주행거리와 높은 출력특성을 충족시키기 위해 고 에너지 밀도의 특성이 요구되고 있다. 하지만 액체전해질 기반의 Li-ion battery 는 온도가 낮아짐에 따라 액체전해질의 점도가 증가하여 이온전도도가 감소하고, 액체전해질이 발화원으로써 작용하여 안정성의 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전고체 전지 (All-solid-state battery, ASSBs)가 차세대 전지로 급부상하고 있다. 전고체 전지는 액체전해질과 separator 대신 고체전해질을 사용한 전지이며 5.0 V vs Li/Li+ 이상의 높은 potential window를 가지고 있으며 발화의 위험이 없다는 장점이 있어 안정성과 높은 에너지밀도를 구현할 수 있는 전지이다. 하지만, Li-ion battery 와는 다르게 액체 전해질을 사용하지 않기 때문에 전고체 전지는 양극 활물질과 고체전해질이 point contact 으로 인해 lithium ion이 이동하게 된다. 효율적이지 못한 계면에서의 contact으로 인해 계면저항이 증가하는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 polymer 고체전해질과 무기고체전해질을 혼합한 복합고체전해질 (composite solid electrolyte, CSE)에 대해 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 복합고체전해질 내에 존재하는 고분자 고체 전해질은 binder 역할을 하며, 습식공정으로 제작된 전고체 전지에서 ionic conductivity를 제공하며, 양극 활물질과 고체전해질 간의 계면제어를 가능하게 해준다. 본 연구에서는 전고체 전지의 특성을 향상시키기 위한 양극 활물질과 고체전해질 간의 계면에서의 issue 를 향상시켜 우수한 전기화학특성을 발현하고, 그 특성을 규명하였다. 첫 번째로, Ni-rich 양극소재인 Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2 (NCM811)과 olivine 구조인 LiFePO4 (LFP) 양극소재의 size effect를 통해서 전극내에서의 계면 issue 를 해결하였고 특성 향상 mechanism을 규명하였다. 두 번째로, 양극활물질 표면에 garnet-type 의 Li6.75La3Zr2Al0.25O12 (LLZO-Al) 이온전도도 물질을 co-precipitation 방법으로 composite하여 전고체 전지의 전기화학특성을 향상시키고 mechanism을 규명하였다. 마지막으로, LiNiO2 (LNO) 양극소재의 합성조건을 최적화하여 200 mAh g-1 이상의 고 용량 양극소재를 co-precipitation 방법을 이용하여 합성하였으며, 이를 전고체전지로 구현하였다. 이러한 결과를 바탕으로 양극활물질의 size effect 및 surface modification 접근법은 이차전지 분야의 다양한 소재의 문제점을 해결하기 위한 전략으로 활용이 가능 할 것으로 예상된다.
최근 지구온난화가 전세계적으로 큰 이슈가 됨에 따라 각 나라에서는 저 탄소정책을 시행하고 있다. 방출되는 배기가스의 CO2 양을 줄이고자 fossil fuel 기반의 자동차에서 전기 자동차 (electric vehicles, EVs) 로의 산업이 발전하고 있다. 전기자동차에 사용되는 Li-ion battery는 긴 주행거리와 높은 출력특성을 충족시키기 위해 고 에너지 밀도의 특성이 요구되고 있다. 하지만 액체전해질 기반의 Li-ion battery 는 온도가 낮아짐에 따라 액체전해질의 점도가 증가하여 이온전도도가 감소하고, 액체전해질이 발화원으로써 작용하여 안정성의 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전고체 전지 (All-solid-state battery, ASSBs)가 차세대 전지로 급부상하고 있다. 전고체 전지는 액체전해질과 separator 대신 고체전해질을 사용한 전지이며 5.0 V vs Li/Li+ 이상의 높은 potential window를 가지고 있으며 발화의 위험이 없다는 장점이 있어 안정성과 높은 에너지밀도를 구현할 수 있는 전지이다. 하지만, Li-ion battery 와는 다르게 액체 전해질을 사용하지 않기 때문에 전고체 전지는 양극 활물질과 고체전해질이 point contact 으로 인해 lithium ion이 이동하게 된다. 효율적이지 못한 계면에서의 contact으로 인해 계면저항이 증가하는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 polymer 고체전해질과 무기고체전해질을 혼합한 복합고체전해질 (composite solid electrolyte, CSE)에 대해 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 복합고체전해질 내에 존재하는 고분자 고체 전해질은 binder 역할을 하며, 습식공정으로 제작된 전고체 전지에서 ionic conductivity를 제공하며, 양극 활물질과 고체전해질 간의 계면제어를 가능하게 해준다. 본 연구에서는 전고체 전지의 특성을 향상시키기 위한 양극 활물질과 고체전해질 간의 계면에서의 issue 를 향상시켜 우수한 전기화학특성을 발현하고, 그 특성을 규명하였다. 첫 번째로, Ni-rich 양극소재인 Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2 (NCM811)과 olivine 구조인 LiFePO4 (LFP) 양극소재의 size effect를 통해서 전극내에서의 계면 issue 를 해결하였고 특성 향상 mechanism을 규명하였다. 두 번째로, 양극활물질 표면에 garnet-type 의 Li6.75La3Zr2Al0.25O12 (LLZO-Al) 이온전도도 물질을 co-precipitation 방법으로 composite하여 전고체 전지의 전기화학특성을 향상시키고 mechanism을 규명하였다. 마지막으로, LiNiO2 (LNO) 양극소재의 합성조건을 최적화하여 200 mAh g-1 이상의 고 용량 양극소재를 co-precipitation 방법을 이용하여 합성하였으며, 이를 전고체전지로 구현하였다. 이러한 결과를 바탕으로 양극활물질의 size effect 및 surface modification 접근법은 이차전지 분야의 다양한 소재의 문제점을 해결하기 위한 전략으로 활용이 가능 할 것으로 예상된다.
As global warming has recently become a critical global issue, each country is implementing low-carbon polices. In order to reduce the amount of CO2 gas emitted from exhaust gas, the industry is developing from fossil fuel-based vehicles to electric vehicles (EVs). Li-ion batteries used in electric ...
As global warming has recently become a critical global issue, each country is implementing low-carbon polices. In order to reduce the amount of CO2 gas emitted from exhaust gas, the industry is developing from fossil fuel-based vehicles to electric vehicles (EVs). Li-ion batteries used in electric vehicles are required to high energy density and power density to meet long driving distance and high output performance. However, in a liquid electrolyte based Li-ion battery, as the temperature decreases, viscosity of liquid electrolyte increases, leading to a decrease in ionic conductivity. And then, liquid electrolyte acts as an ignition source, causing stability problems. To solve this problem, all-solid electrolytes (ASSBs) are emerging as next-generation lithium ion batteries. ASSBs used a solid electrolyte instead of liquid electrolyte and separator, has a high potential window over 5.0 V Li0/Li+, and has advantage of no risk of ignition. So, ASSBs can realize stability and high energy density. However, unlike a Li-ion batteries, since a liquid electrolyte is not used in ASSBs, lithium ion in ASSBs move through the point contact between cathode material and solid electrolyte in positive electrode. Due to the inefficient contact at the interface, interfacial resistance increases and movement of lithium ions is limited, so it has poor electrochemical performance. To compensate this problem, a lot of research has been conducted recently on a composite solid electrolyte (CSE) in which polymer solid electrolyte and inorganic solid electrolyte are mixed. The polymer solid electrolyte in the CSE acts as a binder, provides ionic conductivity in ASSB manufactured by wet process, and enables interface control between cathode material and solid electrolyte. In this study, in order to implement ASSBs with improved electrochemical properties, the interfacial issue between cathode material and solid electrolyte was investigated. First, through the size effect of Ni-rich cathode material of [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2, NCM811] and the olivine structure of LiFePO4 (LFP), the interfacial issue in the positive electrode was solved and improved properties mechanism was investigated. Secondly, electrochemical properties of ASSBs were improved and mechanism was elucidated by compositing garnet type ionic conductivity material (Li6.75La3Zr2Al0.25O12, LLZO-Al) on the surface of Ni-rich cathode material (NCM811) using co-precipitation method. Finally, by optimizing the synthesis condition of LiNiO2 (LNO) cathode material, a high capacity cathode material over 200 mAh g-1 was synthesized by co-precipitation method, which was implemented as ASSBs.
As global warming has recently become a critical global issue, each country is implementing low-carbon polices. In order to reduce the amount of CO2 gas emitted from exhaust gas, the industry is developing from fossil fuel-based vehicles to electric vehicles (EVs). Li-ion batteries used in electric vehicles are required to high energy density and power density to meet long driving distance and high output performance. However, in a liquid electrolyte based Li-ion battery, as the temperature decreases, viscosity of liquid electrolyte increases, leading to a decrease in ionic conductivity. And then, liquid electrolyte acts as an ignition source, causing stability problems. To solve this problem, all-solid electrolytes (ASSBs) are emerging as next-generation lithium ion batteries. ASSBs used a solid electrolyte instead of liquid electrolyte and separator, has a high potential window over 5.0 V Li0/Li+, and has advantage of no risk of ignition. So, ASSBs can realize stability and high energy density. However, unlike a Li-ion batteries, since a liquid electrolyte is not used in ASSBs, lithium ion in ASSBs move through the point contact between cathode material and solid electrolyte in positive electrode. Due to the inefficient contact at the interface, interfacial resistance increases and movement of lithium ions is limited, so it has poor electrochemical performance. To compensate this problem, a lot of research has been conducted recently on a composite solid electrolyte (CSE) in which polymer solid electrolyte and inorganic solid electrolyte are mixed. The polymer solid electrolyte in the CSE acts as a binder, provides ionic conductivity in ASSB manufactured by wet process, and enables interface control between cathode material and solid electrolyte. In this study, in order to implement ASSBs with improved electrochemical properties, the interfacial issue between cathode material and solid electrolyte was investigated. First, through the size effect of Ni-rich cathode material of [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2, NCM811] and the olivine structure of LiFePO4 (LFP), the interfacial issue in the positive electrode was solved and improved properties mechanism was investigated. Secondly, electrochemical properties of ASSBs were improved and mechanism was elucidated by compositing garnet type ionic conductivity material (Li6.75La3Zr2Al0.25O12, LLZO-Al) on the surface of Ni-rich cathode material (NCM811) using co-precipitation method. Finally, by optimizing the synthesis condition of LiNiO2 (LNO) cathode material, a high capacity cathode material over 200 mAh g-1 was synthesized by co-precipitation method, which was implemented as ASSBs.
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