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논문 상세정보

리튬이온배터리 Graphite/Silicon/Carbon 복합 음극소재의 전기화학적 성능

Electrochemical Performance of Graphite/Silicon/Carbon Composites as Anode Materials for Lithium-ion Batteries

초록

본 연구에서는리튬이온전지음극활물질로 Graphite의 전기화학적특성을향상시키기 위하여 Graphite/Silicon/Carbon (G/Si/C) 복합소재를 제조하였다. 제조된 G/Si/C 합성물은 XRD, TGA, SEM을 사용하여 물성을 분석하였다. 또한 $LiPF_6$ (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%) 전해액에서 리튬이차전지의 충 방전 사이클, 율속, 순환전압전류 및 임피던스 테스트를 통해 전기화학적 성능을 조사하였다. G/Si/C 전극을 사용한 리튬이온전지는 Graphite 전극을 사용한 전지보다 우수한 특성을 나타내었으며 Silicon 함량이 늘어날수록 용량은 높아지나 안정성이 저하됨을 확인하였다. 또한 $25{\mu}m$ 이하의 Silicon을 사용하였을 때 용량과 안정성 모두 향상되는 것을 나타내었다. Silicon (${\leq}25{\mu}m$) 10 wt%인 경우 G/Si/C 복합소재는 495 mAh/g의 초기 방전 용량, 89%의 용량 보존율과 2 C/0.1 C에서 80%의 속도 특성을 보였다.

Abstract

In this study, Graphite/Silicon/Carbon (G/Si/C) composites were synthesized to improve the electrochemical properties of Graphite as an anode material of lithium ion battery. The prepared G/Si/C composites were analyzed by XRD, TGA and SEM. Also the electrochemical performances of G/Si/C composites as the anode were performed by constant current charge/discharge, rate performance, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of $LiPF_6$ dissolved inorganic solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%). Lithium ion battery using G/Si/C electrode showed better characteristics than graphite electrode. It was confirmed that as the silicon content increased, the capacity increased but the capacity retention ratio decreased. Also, it was shown that both the capacity and the rate performances were improved when using the Silicon (${\leq}25{\mu}m$). It is found that in the case of 10 wt% of Silicon (${\leq}25{\mu}m$), G/Si/C composites have the initial discharge capacity of 495 mAh/g, the capacity retention ratio of 89% and the retention rate capability of 80% in 2 C/0.1 C.

본문요약 

문제 정의
  • 본 연구에서는 Silicon 중량비에 따른 G/Si/C 복합소재를 제조하고 제조된 음극소재에 대한 전기화학적 테스트를 수행하였다.

    본 연구에서는 Silicon 중량비에 따른 G/Si/C 복합소재를 제조하고 제조된 음극소재에 대한 전기화학적 테스트를 수행하였다. 리튬이차전지 음극소재로 우수한 안정성을 가지고 있는 Graphite의 용량을 개선하기 위해, Silicon을첨가한후페놀레진으로 코팅을 하여 G/Si/C 복합소재를 합성하였다.

  • 본 연구에서는 리튬이차전지 음극소재로 우수한 안정성을 가지고 있는 Graphite의 용량을 개선하기 위해 G/Si/C 복합체를 합성하여,전지의 전기화학적 특성을 조사하였다.

    본 연구에서는 리튬이차전지 음극소재로 우수한 안정성을 가지고 있는 Graphite의 용량을 개선하기 위해 G/Si/C 복합체를 합성하여,전지의 전기화학적 특성을 조사하였다. Silicon의 크기를 25 μm로입도 조절 전·후의 전기화학적 특성을 비교한 결과 Silicon의 입도를 균일하게 조절한 복합소재의 전지 성능이 용량, 안정성 및 율속 특성 등에서 향상됨을 알 수 있었다.

  • 본 연구에서는 음극재로서 G/Si/C 복합소재를 만들어 전기화학적 성능을 테스트 하였으며, Sillicon의 첨가량에 따라서 특성을 조사하였다.

    본 연구에서는 음극재로서 G/Si/C 복합소재를 만들어 전기화학적 성능을 테스트 하였으며, Sillicon의 첨가량에 따라서 특성을 조사하였다. Silicon (E.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리튬 이온 배터리
리튬 이온 배터리에서 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명은 어떠한 의미인가?
높은 에너지 밀도는 단위 질량 또는 체적 당 더 많은 용량을 제공 할 수 있음을 나타내고, 긴 사이클 수명은 cathode/anode 활성 물질과 고체-유체 계면 등의 구조적 안정성을 의미

리튬 이온 배터리에서 높은 에너지 밀도 및 사이클 수명의 안정성은 중요한 요소이다[1]. 높은 에너지 밀도는 단위 질량 또는 체적 당 더 많은 용량을 제공 할 수 있음을 나타내고, 긴 사이클 수명은 cathode/anode 활성 물질과 고체-유체 계면 등의 구조적 안정성을 의미하며, 이러한 특성들은 전극 재료의 개발에 의해 향상될 수 있다[2].

Graphite
Graphite의 장점은 무엇인가?
낮은 작동 전위, 구조적 안정성, 적절한 비용, 좋은 사이클 수명과 같은 우수한 성능

낮은 작동 전위, 구조적 안정성, 적절한 비용, 좋은 사이클 수명과 같은 우수한 성능 때문에 Graphite는 지난 20년 동안 리튬 이온 전지에서 표준 음극 재료로 소형 충전용 배터리에 가장 널리 사용되었다[3]. 그러나 Graphite는 372 mAh/g의 이론적 용량, 낮은 에너지 밀도 및 속도 성능으로 인해 전기 자동차(EV) 및 대규모 백업 전원 공급 장치와 같은 미래의 에너지 저장 응용 분야에서의 사용하기에는 제약이 따른다[4,5].

Graphite
Graphite의 단점은 무엇인가?
372 mAh/g의 이론적 용량, 낮은 에너지 밀도 및 속도 성능으로 인해 전기 자동차(EV) 및 대규모 백업 전원 공급 장치와 같은 미래의 에너지 저장 응용 분야에서의 사용하기에는 제약이 따른다

낮은 작동 전위, 구조적 안정성, 적절한 비용, 좋은 사이클 수명과 같은 우수한 성능 때문에 Graphite는 지난 20년 동안 리튬 이온 전지에서 표준 음극 재료로 소형 충전용 배터리에 가장 널리 사용되었다[3]. 그러나 Graphite는 372 mAh/g의 이론적 용량, 낮은 에너지 밀도 및 속도 성능으로 인해 전기 자동차(EV) 및 대규모 백업 전원 공급 장치와 같은 미래의 에너지 저장 응용 분야에서의 사용하기에는 제약이 따른다[4,5]. Graphite의 종류 중 천연 흑연(Natural Graphite)은 세계 곳곳에 제한적으로 매장되어 있고, 높은 용량을 발현하나 충·방전 과정에 수명특성이 저하되어 실제 사용에 한계가있다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (20)

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