[논문]리튬 이차 전지를 위한 음극 활물질 표면의 코팅으로 인한 전기화학적 특성 및 안전성

허윤정; 고성태

doi:10.5229/jkes.2009.12.3.239

리튬 이차 전지를 위한 음극 활물질 표면의 코팅으로 인한 전기화학적 특성 및 안전성
The Effect of Electrochemical Performance and Safety by Surface Modification of Anode Materials for Lithium Secondary Battery 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.12 no.3, 2009년, pp.239 - 244

허윤정 ((주) 코캄 전지기술연구소) , 고성태 ((주) 코캄 전지기술연구소)

초록
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리튬 이차 전지의 전기화학적 특성 및 안전성 향상을 위한 음극 활물질 표면 처리 재료로 $Al_2O_3$와 $nano-Li_4Ti_5O_{12}$등이 사용된다. 표면 처리된 음극 활물질의 형상과 특성을 관찰하기 위해 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM), 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM)으로 관찰하였으며, 전기화학적 특성 및 안전성 평가를 위해 충방전기 및 가속 율열량계(Accelerating Rate Calorimeter, ARC)를 사용하였다. 각각의 금속 산화물에 따른 초기 효율 및 초기 용량은 82.5%와 350mAh/g로 동일하지만, 충방전 율속에 따른 특성 및 수명, 그리고 열적 안전성은 $nano-Li_4Ti_5O_{12}$로 음극 활물질을 표면 처리 한 활물질이 더 우수하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper aims to report the effect of surface treatment on graphite and its effect on the improvement of $Al_2O_3$ and $nano-Li_4Ti_5O_{12}$. The structure and property of surface treatment on graphite were determined by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and electrochemical property and safety were determined by charge/discharge cycler, accelerating rate calorimeter. The composite with different metallic oxide exhibited the first efficiency of 82.5% and specific capacity of 350 mAh/g. Although the composite showed same efficiency and specific capacity at first cycle, surface treatment on graphite by $nano-Li_4Ti_5O_{12}$ exhibited a higher charge/discharge rate, cycle life and thermal stability.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

A1Q와 nano-LiFQu로 표면 처리된 코어-쉘 형태의음극 활물질의 표면 형상을 관찰하기 위하여 주사전자현미경 (SEM, SNE-3000M)을 이용하여 관찰하며, 표면의 코팅층의 두께 및 형상을 관찰하기 위하여 투과전자 현미경 (TEM, LEICA EM UC₆)으로 입자 표면을 측정한다. 코어-쉘형 음극 활물질이 포함된 리튬이온배터리의 전기화학적 특성 평가를 위해 양극 활물질로 LiNio.
I* 본 연구에서는 Aiq;와 nano-Li4Ti5O₁₂it 리튬이온배터리의 음극 활물질의 표면 개질 재료로 사용되었다. 코어-쉘 형태로 표면 개질한 음극 활물질의 표면이 매우 균일하며 표면 개질을 통하여 전기화학적 특성과 안전성의 향상을 연구하였다.

대상 데이터

최근 MgAbCX를 표면 코팅 물질로 사용하여 전기화학적 특성 및 열적 안전성을 개선 시켰다는 보고서도 선보이고 있다.I* 본 연구에서는 Aiq;와 nano-Li4Ti5O₁₂it 리튬이온배터리의 음극 활물질의 표면 개질 재료로 사용되었다. 코어-쉘 형태로 표면 개질한 음극 활물질의 표면이 매우 균일하며 표면 개질을 통하여 전기화학적 특성과 안전성의 향상을 연구하였다.
42Ch (3M 사)을 사용하였다. 양전극은 활물질: Carbon-black: PVdF = 94 : 2 : 4로 제조 되 었으며, 음전극은 활물질: Carbon-black:PVdF = 85:5:10K로 제조된 전지에 1.15M LiPF6가 용해된 EC/EMC 전해질(테크노세미켐 (주))을 주입하여 2.5 Ah의 전지를 제조하였다. 전지의 충방전시 험은 TOYO cycler를 사용하여 4.
코어-쉘형 음극 활물질을 제조 하였다.
측정한다. 코어-쉘형 음극 활물질이 포함된 리튬이온배터리의 전기화학적 특성 평가를 위해 양극 활물질로 LiNio.42Coo.i6Mno.42Ch (3M 사)을 사용하였다. 양전극은 활물질: Carbon-black: PVdF = 94 : 2 : 4로 제조 되 었으며, 음전극은 활물질: Carbon-black:PVdF = 85:5:10K로 제조된 전지에 1.

성능/효과

음극 표면에 nano-I&TiK"로 표면 개질 된 MGP- LT의 경우 율속에 따른 방전 효율 과 사이클 특성에서 MGP-A보다 더 효과적임을 보여주고 있다. MGP-LT 셀은 상온 수명 특성에서 1000사이클이 진행 된 후 초기용량 대비 98.3%의 용량 발현을 보여주고 있으며, 고온 수명에서도 500사이클이 진행 된 후 초기용량 대비 90.1%의 높은 발현 용량을 보여주고 있어 전기화학적인 측면에서 우수한 개선 효과를 보여주고 있다. 이는 음극활물질 표면에 존재하는 nano-Li4Ti5Oi27]- Li이온의 삽입과 탈리가 빠르게 이뤄지는 우수한 전도성을 가지고 있고, 전해액과의 부반응을 발생하지 않기 때문에 사이클이 진행됨에도 구조적인 변화가 없으며, 전해액과의 부반응을 발생하지 않기 때문에 SEI층의 형성을 억제 할 수 있다는 특성을 가지고 있기 때문에다.
2은 MGP-A와 MGP-LT의 TEM image를 보여준다. SEM image를 통하여 확인된 결과와 같이 활물질 표면에 매우 균일하게 막을 형성하고 있으며, 코팅 층의 두께는 약 2nm로 확인할 수 있었다.

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