리튬이온배터리 성능향상을 위한 금속산화물 나노입자를 적용한 알루미늄 양극 전극에 관한 연구 A Study on Aluminum Anode with Metal Oxide Nanoparticles to Improve the Performance of the Lithium-ion Battery원문보기
본 연구에서는 집전체로 사용되는 Al foil에 나노입자를 코팅하고 그 위에 양극재를 코팅하는 방법을 제안하였다. Al foil 표면의 거칠기와 형 태는 집전체와 전극활물질 사이의 결합강도와 계면접촉저항에 직접적인 영향을 미치므로 Al foil 표면에 나노입자를 스핀코팅한 후 플라즈마로 처 리하여 리튬이온 배터리（Lithium-ion Battery, LIB）의 전기화학적 성능 을 향상시킨 결과를 관찰하였다. 배터리의 충·방전 성능비교를 통해 나노 입자로 코팅된 양극이 전도도 향상에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 제작한 양극재의 성능을 평가하기 위해서는 리튬이온셀을 제작하여 성 능을 비교하는 것이 가장 효과적인 방법이다. 본 연구에서 제안하는 나노 입자 유/무에 따른 양극재의 성능변화를 관찰하기 위해 충·방전 CC-CV(Constant Current-Constant Voltage)시험법을 이용하여 충·방전 성능을 비교하였고, ...
본 연구에서는 집전체로 사용되는 Al foil에 나노입자를 코팅하고 그 위에 양극재를 코팅하는 방법을 제안하였다. Al foil 표면의 거칠기와 형 태는 집전체와 전극활물질 사이의 결합강도와 계면접촉저항에 직접적인 영향을 미치므로 Al foil 표면에 나노입자를 스핀코팅한 후 플라즈마로 처 리하여 리튬이온 배터리（Lithium-ion Battery, LIB）의 전기화학적 성능 을 향상시킨 결과를 관찰하였다. 배터리의 충·방전 성능비교를 통해 나노 입자로 코팅된 양극이 전도도 향상에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 제작한 양극재의 성능을 평가하기 위해서는 리튬이온셀을 제작하여 성 능을 비교하는 것이 가장 효과적인 방법이다. 본 연구에서 제안하는 나노 입자 유/무에 따른 양극재의 성능변화를 관찰하기 위해 충·방전 CC-CV(Constant Current-Constant Voltage)시험법을 이용하여 충·방전 성능을 비교하였고, EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 분석 법을 활용하여 임피던스 성능을 비교하였다. 먼저 cell의 성능 가능성을 판단하기 위해 VOC를 체크한다. 이후 문제가 없으면 1 C-rate의 조건으로 실험을 진행하여 충·방전이 잘 되는지를 관찰한다. 충전 시 갑자기 전압 이 상한종지전압인 4.2 V로 올라갈 경우, cell 내에 저항이 너무 크다는 것 으로 판단한다. 본 연구에서 여러 가지 조건변화를 통해 14 pi 크기의 양 극을 기준으로 질량이 0.015 g이 넘어갈 정도로 슬러리를 코팅할 경우 문제가 발생한는 것을 확인하였다. 우리는 이 조건을 충족하기 위해 100 ㎛의 두께로 슬러리를 코팅하고, 50 ㎛의 두께로 압연하여 양극재를 제작 하였다. 충방전기를 사용하여 성능을 평가할 때 두 가지 조건으로 비교분석하 였다. 충전상한전압을 4.5 V의 고전압 조건에서 실험할 때, 50번 충방전 을 진행한 후에, 잔존수명용량을 분석하였다. 무나노입자 배터리(Ref. cell)의 경우, 1.62 mAh에서 1.31 mAh로 변화하여 80.8%의 잔존수명용 량을 나타냈고, 유나노입자 배터리(N.P. cell)의 경우, 1.60 mAh에서 1.35 mAh로 변화하여 84.4%의 잔존수명용량을 나타냈다.
본 연구에서는 집전체로 사용되는 Al foil에 나노입자를 코팅하고 그 위에 양극재를 코팅하는 방법을 제안하였다. Al foil 표면의 거칠기와 형 태는 집전체와 전극활물질 사이의 결합강도와 계면접촉저항에 직접적인 영향을 미치므로 Al foil 표면에 나노입자를 스핀코팅한 후 플라즈마로 처 리하여 리튬이온 배터리（Lithium-ion Battery, LIB）의 전기화학적 성능 을 향상시킨 결과를 관찰하였다. 배터리의 충·방전 성능비교를 통해 나노 입자로 코팅된 양극이 전도도 향상에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 제작한 양극재의 성능을 평가하기 위해서는 리튬이온셀을 제작하여 성 능을 비교하는 것이 가장 효과적인 방법이다. 본 연구에서 제안하는 나노 입자 유/무에 따른 양극재의 성능변화를 관찰하기 위해 충·방전 CC-CV(Constant Current-Constant Voltage)시험법을 이용하여 충·방전 성능을 비교하였고, EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 분석 법을 활용하여 임피던스 성능을 비교하였다. 먼저 cell의 성능 가능성을 판단하기 위해 VOC를 체크한다. 이후 문제가 없으면 1 C-rate의 조건으로 실험을 진행하여 충·방전이 잘 되는지를 관찰한다. 충전 시 갑자기 전압 이 상한종지전압인 4.2 V로 올라갈 경우, cell 내에 저항이 너무 크다는 것 으로 판단한다. 본 연구에서 여러 가지 조건변화를 통해 14 pi 크기의 양 극을 기준으로 질량이 0.015 g이 넘어갈 정도로 슬러리를 코팅할 경우 문제가 발생한는 것을 확인하였다. 우리는 이 조건을 충족하기 위해 100 ㎛의 두께로 슬러리를 코팅하고, 50 ㎛의 두께로 압연하여 양극재를 제작 하였다. 충방전기를 사용하여 성능을 평가할 때 두 가지 조건으로 비교분석하 였다. 충전상한전압을 4.5 V의 고전압 조건에서 실험할 때, 50번 충방전 을 진행한 후에, 잔존수명용량을 분석하였다. 무나노입자 배터리(Ref. cell)의 경우, 1.62 mAh에서 1.31 mAh로 변화하여 80.8%의 잔존수명용 량을 나타냈고, 유나노입자 배터리(N.P. cell)의 경우, 1.60 mAh에서 1.35 mAh로 변화하여 84.4%의 잔존수명용량을 나타냈다.
In this study, we propose a method for coating nanoparticles on Al foil used as a electrolyte collector and coating an anode material on it. Since the roughness and morphology of the Al foil surface directly affect the bonding strength and interfacial contact resistance between the collector and the...
In this study, we propose a method for coating nanoparticles on Al foil used as a electrolyte collector and coating an anode material on it. Since the roughness and morphology of the Al foil surface directly affect the bonding strength and interfacial contact resistance between the collector and the electrode active material, we observed that spin coating of nanoparticles on the Al foil surface followed by plasma treatment resulted in a smoother surface, reduced resistance, and improved the electrochemical performance of the LIB. Comparison of the charge and discharge performance of the battery showed that the nanoparticle-coated anode had a significant effect on improving the conductivity. To evaluate the performance of the fabricated anode materials, the most effective way is to fabricate Li-ion cells and compare their performance. In order to observe the performance change of the anode material with and without nanoparticles proposed in this study, a CC-CV test method using a charging and discharging device was utilized for comparative analysis. First, the VOC is checked to determine the performance potential of the cell. Then, if there is no problem, the experiment is conducted under the condition of 1C-rate to observe the charge and discharge. If the voltage suddenly rises to the upper limit of 4.2 V during charging, it is judged that there is too much resistance in the cell. In this study, after varying the conditions, we concluded that the problem occurred when we coated the slurry with a mass greater than 0.015 g based on a 14 pi size anode. To meet this condition, we coated the slurry with a thickness of 100 ㎛ and rolled it to a thickness of 50 ㎛ to produce the anode material. When evaluating the performance using a charging and discharging machine, we compared the two conditions. The residual life capacity was analyzed after 50 charge and discharge cycles when the charge limit voltage was 4.5 V under high voltage conditions. In the case of Ref. cell (nanoparticle-free battery), the remaining life capacity changed from 1.62 mAh to 1.31 mAh, showing 80.8%, and in the case of N.P. cell (nanoparticle battery), the remaining life capacity changed from 1.60 mAh to 1.35 mAh, showing 84.4%.
In this study, we propose a method for coating nanoparticles on Al foil used as a electrolyte collector and coating an anode material on it. Since the roughness and morphology of the Al foil surface directly affect the bonding strength and interfacial contact resistance between the collector and the electrode active material, we observed that spin coating of nanoparticles on the Al foil surface followed by plasma treatment resulted in a smoother surface, reduced resistance, and improved the electrochemical performance of the LIB. Comparison of the charge and discharge performance of the battery showed that the nanoparticle-coated anode had a significant effect on improving the conductivity. To evaluate the performance of the fabricated anode materials, the most effective way is to fabricate Li-ion cells and compare their performance. In order to observe the performance change of the anode material with and without nanoparticles proposed in this study, a CC-CV test method using a charging and discharging device was utilized for comparative analysis. First, the VOC is checked to determine the performance potential of the cell. Then, if there is no problem, the experiment is conducted under the condition of 1C-rate to observe the charge and discharge. If the voltage suddenly rises to the upper limit of 4.2 V during charging, it is judged that there is too much resistance in the cell. In this study, after varying the conditions, we concluded that the problem occurred when we coated the slurry with a mass greater than 0.015 g based on a 14 pi size anode. To meet this condition, we coated the slurry with a thickness of 100 ㎛ and rolled it to a thickness of 50 ㎛ to produce the anode material. When evaluating the performance using a charging and discharging machine, we compared the two conditions. The residual life capacity was analyzed after 50 charge and discharge cycles when the charge limit voltage was 4.5 V under high voltage conditions. In the case of Ref. cell (nanoparticle-free battery), the remaining life capacity changed from 1.62 mAh to 1.31 mAh, showing 80.8%, and in the case of N.P. cell (nanoparticle battery), the remaining life capacity changed from 1.60 mAh to 1.35 mAh, showing 84.4%.
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