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서브마이크로미터 크기의 실리콘 음극용 폴리페난트렌퀴논-폴리아크릴산 전도성 고분자 복합 바인더
Poly(phenanthrenequinone)-Poly(acrylic acid) Composite as a Conductive Polymer Binder for Submicrometer-Sized Silicon Negative Electrodes 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.19 no.3, 2016년, pp.87 - 94  

김상모 (서울대학교 화학생물공학부) ,  이병일 (서울대학교 화학생물공학부) ,  이재길 (서울대학교 화학생물공학부) ,  이정범 (서울대학교 화학생물공학부) ,  류지헌 (한국산업기술대학교 지식기술기반 에너지대학원) ,  김형태 (서울대학교 화학생물공학부) ,  김영규 (서울대학교 화학생물공학부) ,  오승모 (서울대학교 화학생물공학부)

초록
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나노 크기에 비해 부피 변화가 상대적으로 더 큰 서브마이크로미터 크기의 실리콘 음극의 성능 향상을 위해 도전재 역할을 하는 3,6-poly(phenanthrenequinonone) (PPQ) 전도성 고분자 바인더와 카복시기를 가져 결착력이 좋은 poly(acrylic acid) (PAA)를 블렌딩 한 복합 바인더를 도입하였다. PAA를 PPQ와 블렌딩하여 전극을 제조했을 때 결착력이 월등히 증가하였고 충방전실험 결과 PPQ 바인더를 단독으로 사용한 전극보다 안정된 수명 특성을 나타냈다. PPQ와 PAA의 함량 비율을 2:1, 1:1, 1:2(무게비)로 하여 각 전극의 수명 특성을 비교했을 때, PPQ의 함량이 가장 큰 전극(2:1, QA21)이 50번째 사이클에서 가장 좋은 용량 유지율을 보였다. 이는 PPQ가 입자 간 또는 입자와 집전체 사이에서 도전재로서 존재하여 전자가 이동할 수 있는 통로를 제공해 주고 PAA가 적절한 결착력을 제공해주어 전극의 내부 저항이 가장 작았기 때문이다. PPQ-PAA 복합 바인더를 사용한 전극은 입자 형태의 도전재인 super-P를 전체 전극 무게 대비 20%를 첨가하여 제조한 전극보다도 더 안정적인 수명 특성을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to improve performances of submicrometer-sized Si negative electrode which shows larger volumetric change than nano-sized Si, composite binders are introduced by blending between poly(phenanthrenequinone) (PPQ) conductive polymer binder and poly(acrylic acid) (PAA) having good adhesion stre...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 서브마이크로미터 크기의 Si 음극의 성능을 개선하기 위해 도전재 역할을 하는 PPQ 전도성 고분자와 좋은 결착력을 제공하는 PAA의 복합 바인더를 도입하였다. PPQ 바인더만 사용한 Si 전극에 PAA를 첨가함에 따른 수명 특성 차이와 PPQ-PAA 복합 비율에 따른 수명 특성 차이를 분석하였다.
  • 이를 해결하기 도전재 역할을 하는 전도성 고분자 바인더를 사용하여 도전재 사용을 줄이는 방법을 생각할 수 있다. 본 연구진은 3,6-poly(phenanthrenequinone)(PPQ)이라는 전도성 고분자 바인더를 도입함으로써 탄소 도전재를 사용하지 않고도 안정된 수명 특성과 율속 특성을 나타내는 나노 크기의 Si 전극에 대해 보고하였다.18) 하지만 이 전도성 고분자를 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 크기의 Si 입자에 그대로 적용하는 것에 문제가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리튬이온전지의 부피 변화로 발생되는 문제를 해결하기 위해 가장 많이 시도된 방법은 무엇인가? 부피 변화로 발생되는 문제를 해결하는 접근으로 Si의 부피 변화를 완충할 수 있는 복합물의 도입,3-5) 첫번 째 사이클에서 산화 리튬(lithium oxide, Li2O)과 규산 리튬(lithium silicate)의 완충제가 생성되는 산화 규소 (SiOx) 등이 있다.6-9) 가장 많이 시도된 방법으로는 큰 부피 변화로 인해 입자에 가해지는 큰 기계적 스트레스를 완화하고자 Si를 나노미터 크기로 만드는 것이 있는데, 형태에 따라 나노 입자,10,11) 나노 선,12,13) 나노 튜브14,15) 등의 연구가 진행된 바가 있다. 하지만 나노 크기의 Si 사용에 있어서 상업화 측면에서 볼 때 제기되는 문제점이 있다.
도전재를 고분자인 PPQ를 사용하였을 때 갖는 특징은 무엇인가? 도전재를 고분자인 PPQ를 사용했을 때 입자 형태의 super-P 도전재를 사용했을 때보다 Si 전극의 수명 특성이 더 안정적이었다.
리튬 이온 전지가 가진 문제점은 무엇인가? 실리콘(Si)은 이론 용량(3579 mA h g-1, Li15Si4)이 현재 사용하고 있는 흑연의 이론 용량의 10배에 달하기 때문에 고에너지밀도 음극 활물질로서 주목을 받고 있다. 하지만 충방전 시 부피 변화가 매우 커서 입자 간 전기적 접촉이 소실되어 전극의 저항이 증가하는 문제가 발생해 수명이 퇴화하는 문제를 안고 있다.1,2)
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참고문헌 (24)

  1. J. G. Lee, J. Kim, H. Park, J. B. Lee, J. H. Ryu, J. J. Kim and S. M. Oh, 'A Calculation Model to Assess Two Irreversible Capacities Evolved in Silicon Negative Electrodes', J. Electrochem. Soc., 162, A1579 (2015). 

  2. J. H. Ryu, J. W. Kim, Y.-E. Sung and S. M. Oh, 'Failure Modes of Silicon Powder Negative Electrode in Lithium Secondary Batteries', Electrochem. Solid-State Lett., 7, A306 (2004). 

  3. X. N. Zhang, G. L. Pan, G. R. Li, J. Q. Qu and X. P. Gao, ' $Si-Si_3N_4$ composites as anode materials for lithium ion batteries', Solid State Ionics, 178, 1107 (2007). 

  4. P. Zuo and G. Yin, 'Si-Mn composite anodes for lithium ion batteries', J. Alloys Compd., 414, 265 (2006). 

  5. Z. Y. Zeng, J. P. Tu, Y. Z. Yang, J. Y. Xiang, X. H. Huang, F. Mao and M. Ma, 'Nanostructured Si/TiC composite anode for Li-ion batteries', Electrochim. Acta, 53, 2724 (2008). 

  6. J.-H. Kim, H.-J. Sohn, H. Kim, G. Jeong and W. Choi, 'Enhanced cycle performance of SiO-C composite anode for lithium-ion batteries', J. Power Sources, 170, 456 (2007). 

  7. K. W. Kim, J. G. Lee, H. Park, J. Kim, J. H. Ryu, Y.-U. Kim and S. M. Oh, 'Effect of Lithium Bis(oxalate)borate as an Electrolyte Additive on Carbon-coated SiO Negative Electrode', J. Korean Electrochem. Soc., 17, 49 (2014). 

  8. K. W. Kim, H. Park, J. G. Lee, J. Kim, Y.-U. Kim, J. H. Ryu, J. J. Kim and S. M. Oh, 'Capacity variation of carbon-coated silicon monoxide negative electrode for lithium-ion batteries', Electrochim. Acta, 103, 226 (2013). 

  9. T. Kim, S. Park and S. M. Oh, 'Solid-State NMR and Electrochemical Dilatometry Study on $Li^+$ Uptake/Extraction Mechanism in SiO Electrode', J. Electrochem. Soc., 154, A1112 (2007). 

  10. H. Kim, M. Seo, M.-H. Park and J. Cho, 'A Critical Size of Silicon Nano-Anodes for Lithium Rechargeable Batteries', Angew. Chem.-Int. Edit., 49, 2146 (2010). 

  11. H. Li, X. Huang, L. Chen, Z. Wu and Y. Liang, 'A High Capacity Nano-Si Composite Anode Material for Lithium Rechargeable Batteries', Electrochem. Solid-State Lett., 2, 547 (1999). 

  12. K. Peng, J. Jie, W. Zhang and S.-T. Lee, 'Silicon nanowires for rechargeable lithium-ion battery anodes', Appl. Phys. Lett., 93, 033105 (2008). 

  13. B. Laik, L. Eude, J.-P. Pereira-Ramos, C. S. Cojocaru, D. Pribat and E. Rouviere, 'Silicon nanowires as negative electrode for lithium-ion microbatteries', Electrochim. Acta, 53, 5528 (2008). 

  14. M.-H. Park, M. G. Kim, J. Joo, K. Kim, J. Kim, S. Ahn, Y. Cui and J. Cho, 'Silicon Nanotube Battery Anodes', Nano Lett., 9, 3844 (2009). 

  15. T. Song, J. Xia, J.-H. Lee, D. H. Lee, M.-S. Kwon, J.-M. Choi, J. Wu, S. K. Doo, H. Chang, W. I. Park, D. S. Zang, H. Kim, Y. Huang, K.-C. Hwang, J. A. Rogers and U. Paik, 'Arrays of Sealed Silicon Nanotubes As Anodes for Lithium Ion Batteries', Nano Lett., 10, 1710 (2010). 

  16. D. Lin, Z. Lu, P.-C. Hsu, H. R. Lee, N. Liu, J. Zhao, H. Wang, C. Liu and Y. Cui, 'A high tap density secondary silicon particle anode fabricated by scalable mechanical pressing for lithium-ion batteries', Energy Environ. Sci., 8, 2371 (2015). 

  17. W.-R. Liu, Z.-Z. Guo, W.-S. Young, D.-T. Shieh, H.-C. Wu, M.-H. Yang and N.-L. Wu, 'Effect of electrode structure on performance of Si anode in Li-ion batteries: Si particle size and conductive additive', J. Power Sources, 140, 139 (2005). 

  18. S.-M. Kim, M. H. Kim, S. Y. Choi, J. G. Lee, J. Jang, J. B. Lee, J. H. Ryu, S. S. Hwang, J.-H. Park, K. Shin, Y. G. Kim and S. M. Oh, 'Poly(phenanthrenequinone) as a conductive binder for nano-sized silicon negative electrodes', Energy Environ. Sci., 8, 1538 (2015). 

  19. S. Komaba, K. Shimomura, N. Yabuuchi, T. Ozeki, H. Yui and K. Konno, 'Study on Polymer Binders for High-Capacity SiO Negative Electrode of Li-Ion Batteries', J. Phys. Chem. C, 115, 13487 (2011). 

  20. J. S. Bridel, T. Azais, M. Morcrette, J. M. Tarascon and D. Larcher, 'Key Parameters Governing the Reversibility of Si/Carbon/CMC Electrodes for Li-Ion Batteries', Chem. Mater., 22, 1229 (2010). 

  21. Z.-J. Han, N. Yabuuchi, K. Shimomura, M. Murase, H. Yui and S. Komaba, 'High-capacity Si-graphite composite electrodes with a self-formed porous structure by a partially neutralized polyacrylate for Li-ion batteries', Energy Environ. Sci., 5, 9014 (2012). 

  22. A. Magasinski, B. Zdyrko, I. Kovalenko, B. Hertzberg, R. Burtovyy, C. F. Huebner, T. F. Fuller, I. Luzinov and G. Yushin, 'Toward Efficient Binders for Li-Ion Battery Si-Based Anodes: Polyacrylic Acid', ACS Appl. Mater. Interfaces, 2, 3004 (2010). 

  23. M. N. Obrovac and L. Christensen, 'Structural Changes in Silicon Anodes during Lithium Insertion/Extraction', Electrochem. Solid-State Lett., 7, A93 (2004). 

  24. M. N. Obrovac and L. J. Krause, 'Reversible Cycling of Crystalline Silicon Powder', J. Electrochem. Soc., 154, A103 (2007). 

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