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Sol-gel법에 의한 LiCoO2 박막의 합성과 특성평가
Synthesis and characterization of LiCoO2 thin film by sol-gel process 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.24 no.3, 2014년, pp.94 - 98  

노태호 (동신대학교 보석귀금속학과) ,  연석주 (동신대학교 보석귀금속학과) ,  고태석 (동신대학교 보석귀금속학과)

초록
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$LiCoO_2$박막 베터리의 양극재료로써 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 스핀 코터를 이용한 졸-겔 합성공정과 열처리 과정에 의해서 Au 지지체 위에 $LiCoO_2$ 박막을 합성하였다. 합성된 박막의 구조는 X-선회절분석, 라만분광 광도계를 이용하여 분석하였다. 박막의 입자 형태는 전자현미경에 의해 관찰하였다. X-선회절분석, 라만분광광도계의 결과로부터, $550^{\circ}C$$750^{\circ}C$에서 합성된 박막은 스피넬구조와 층상 암염 형 구조를 가지는 박막으로 보이며, $650^{\circ}C$에서 합성된 박막은 층상 암염 형 구조와 스피넬 구조가 혼재되어져 있는 것으로 생각된다. $750^{\circ}C$에서 합성된 박막은 다른 낮은 온도에서 합성된 박막보다 큰 결정질의 균일한 분포의 입자를 가지는 것으로 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

$LiCoO_2$ thin film has received diverse attention as cathodes material of thin-film micro-batteries. In this study, $LiCoO_2$ thin films were synthesized on Au substrates by sol-gel spin coating method and an annealing process. Their structures were studied using X-ray diffrac...

주제어

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문제 정의

  • 또한 비표면적이 중요한 결정의 합성에서 졸-겔법을 이용하므로서 다른 합성법에서 보다 높은 비표면적을 나타낸 연구결과도 있다[8]. 본 연구에서는 졸-겔법과 스핀코터를 이용하여 금속 금지지체위의 전구체를 열처리하여 LiCoO2 박막을 합성하고 합성된 박막의 특성을 고찰하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리큠 2차 전지의 구성은 어떻게 되는가? 리큠 2차 전지는 양극으로 전이금속 산화물, 전해질로는 유기용매, 그리고 음극으로는 리튬이나 탄소가 사용되어 구성된다. 리튬 2차전지에 사용되는 양극은 높은 에너지 밀도, 충·방전시의 가역성, 전해질에 대한 화학적 안정성 등의 조건을 만족하면서 리튬의 층간 삽입과 탈리 과정에 일어나는 모격자의 부피변화를 구조적으로 수용할 수 있어야 한다.
대표적인 리튬 2차전지의 양극 재료은 무엇이 있는가? 리튬 2차전지에 사용되는 양극은 높은 에너지 밀도, 충·방전시의 가역성, 전해질에 대한 화학적 안정성 등의 조건을 만족하면서 리튬의 층간 삽입과 탈리 과정에 일어나는 모격자의 부피변화를 구조적으로 수용할 수 있어야 한다. 대표적인 리튬 2차전지의 양극 재료로는 LiCoO2, LiNiO2 등의 층상구조 산화물과, LiMn2O4와 같은 스피넬 구조 등의 전이금속 산화물 등이 있으며, 올리빈 구조를 갖는 LiFePO4 에 대한 관심도 높아지고 있다[2].
박막 전지의 합성 방법은 무엇이 있는가?  박막 전지는 디자인이 간단하고, 기체의 발생이 없으며, 내부저항이 적고, 좋은 충·방전 특성을 가진다는 장점이 있다[3]. 합성 방법으로는 electron beam evaporation, pulsed laser ablation, 스퍼터링, electrostatic spray deposition 등이 있으나 고가의 증착 장비가 필요하기 때문에 박막의 제조에 많은 비용이 든다는 어려움 외에 박막의 양적 조절이 어렵고 증착 시간이 길다는 단점 등이 있다[4-7].
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참고문헌 (17)

  1. S. Megahed and B. Scrodati, "Lithium-ion rechargeable batteries", J. Power Sources 51 (1994) 79. 

  2. A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy and J.B. Goodenough, "Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries", J. Electrochem. Soc. 144 (1997) 1188. 

  3. J.L. Souquet and M. Duclot, "Thin film lithium batteries", Solid State Ionics 148 (2002) 375. 

  4. C.L. Liao and K.Z. Fung, "Lithium cobalt oxide cathod film prepared by rf sputtering", J. Power Sources 128 (2004) 263. 

  5. Y.I. Jang, N.J. Dudney, D.A. Blom and L.F. Allard, "Electrochemical microscopic characterization of thinfilm $LiCoO_2$ cathods under high-voltage cycling condition", J. Power Sources 119 (2003) 295. 

  6. W.S. Kim, "Characteristics of $LiCoO_2$ thin film cathodes according to the annealing ambient for the postannealing process", J. Power Sources 134 (2004) 103. 

  7. G.X. Wang, M.J. Lindsay, M. Ionescu, D.H. Bradhurst, S.X. Dou and H.K. Liu, "Physical and electrochemical characterization of $LiNi_{0.8}Co_{0.2}O_2$ thin-film electrodes deposited by laser ablation", J. Power Sources 97 (2001) 298. 

  8. B.Y. Kim, B.K. Shin, H.S. Lee and H.H. Chun, "Physico-chemical effects of cerium oxide on catalytic activity of $CeO_2-TiO_2$ prepared by sol-gel method for $NH_3$ -SCR", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 23 (2013) 320. 

  9. M.K. Kim, K.S. Park, D.S. Kim, J.T. Son and H.G. Kim, "Effects of drying temperature on the $LiCoO_2$ thin films fabricated by sol-gel method", J. Kor. Ceram. Society 38(9) (2001) 777. 

  10. M.K. Kim, H.T. Chung, Y.J. Park, J.G. Kim, J.T. Son, K.S. Park and H.G. Kim, "Fabrication of $LiCoO_2$ thin films by sol-gel method and characterisation as positive electrodes for $Li/LiCoO_2$ cells", J. Power Sources 99 (2001) 34. 

  11. M.K. Kim, K.S. Park, J.T. Son, J.G. Kim, H.T. Chung and H.G. Kim, "The electrochemical properties of thin-film $LiCoO_2$ cathode prepared by sol-gel process", Solid State Ionics 152 (2002) 267. 

  12. Y.H. Rho, K. Kanamura, M. Fujisaki, J.I. Hamagami, S.I. Suda and T. Umegaki, "Preparation of $Li4Ti_5O_{12}$ and $LiCoO_2$ thin film electrodes from precursors obtained by sol-gel method", Solid State Ionics 151 (2002) 151. 

  13. G.T. Kim, S.H. Lee and B.O. Park, "Characterization and deposition of $Cu_2ZnSnS_4$ film for thin solar cells via sol-gel method", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 22 (2012) 127. 

  14. E. Antolini, " $LiCoO_2$ : formation, structure, lithium and oxygen nonstoichiometry, electrochemical behaviour and transport properties", Solid State Ionics 170 (2004) 159. 

  15. S.G. Kang, S.Y. Kang, K.S. Ryu and S.H. Chang, "Electrochemical and structural properties of HT- $LiCoO_2$ and LT- $LiCoO_2$ prepared by the citrate sol-gel method", Solid State Ionics 120 (1999) 155. 

  16. K. Kushida and K. Kuriyama, "Optical absorption related to Co-3d bands in sol-gel grown $LiCoO_2$ films", Solid State Commum. 118 (2001) 615. 

  17. F.X. Hart and J.B. Bates, "Lattice model calculation of the strain energy density and other properties of crystalline $LiCoO_2$ ", J. Appl. Phys. 83 (1998) 7560. 

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