[논문]고안정성 리튬이온전지 양극활물질용 Ti 치환형 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 연구

전용희; 임수아

doi:10.5229/jkes.2021.24.4.120

고안정성 리튬이온전지 양극활물질용 Ti 치환형 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 연구
Study on Ti-doped LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Cathode Materials for High Stability Lithium Ion Batteries 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.24 no.4, 2021년, pp.120 - 132

전용희 (에너테크(주) 셀개발팀) , 임수아 (호서대학교, 제약공학과)

초록
AI-Helper

기존 LiCoO₂의 고전압 사용의 제약에 따른 용량적 한계와 코발트 원료의 높은 가격을 해결하기 위하여 high-Nickel에 대한 개발이 활발히 진행되고 있지만 Ni 함량의 증가에 따른 구조적 안정성의 저하에 의한 전지 특성의 저하는 상용화를 지연시키는 중요한 원인이 되고 있다. 이에 Ni-rich 삼성분계 양극소재 LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂의 고안정성을 높이고자 전구체에 균일한 이종원소 Ti를 치환을 위해서 나노크기의 TiO₂ 서스펜젼 형태 소스를 사용하여 전구체 Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2-x(OH)₂/xTiO₂를 제조하였다. Li₂CO₃와 혼합하고, 열처리 후 양극활물질 LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-xTi_xO₂ 합성하여 Ti 함량에 따른 물리적 특성을 비교하였다. Field Emission Scanning electron Microscope(FE-SEM) 및 Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) mapping 분석을 통해 Ti 치환된 구형의 전구체와 입자 크기 측정을 통해 균일한 입자크기를 가지는 양극 활물질 제조를 확인하였고, 내부치밀도와 강도가 증가함을 확인 하고, X-ray Diffractometry (XRD) 구조 분석과 Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) 정량분석을 통해 Ti 치환된 양극활물질 제조 및 고온, 고전압에서 충·방전을 지속하더라도 효과적으로 용량이 유지됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Although the development of high-Nickel is being actively carried out to solve the capacity limitation and the high price of raw cobalt due to the limitation of high voltage use of the existing LiCoO2, the deterioration of the battery characteristics due to the decrease in structural stability and increase of the Ni content. It is an important cause of delaying commercialization. Therefore, in order to increase the high stability of the Ni-rich ternary cathod material LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, precursor Ni0.6Co0.2Mn0.2-x(OH)2/xTiO2 was prepared using a nanosized TiO2 suspension type source for uniform Ti substitution in the precursor. It was mixed with Li2CO3, and after heating, the cathode active material LiNi0.6Co0.2Mn0.2-xTixO2 was synthesized, and the physical properties according to the Ti content were compared. Through FE-SEM and EDS mapping analysis, it was confirmed that a positive electrode active material having a uniform particle size was prepared through Ti-substituted spherical precursor and Particle Size Analyzer and internal density and strength were increased, XRD structure analysis and ICP-MS quantitative analysis confirmed that the capacity was effectively maintained even when the Ti-substituted positive electrode active material was manufactured and charging and discharging were continued at high temperature and high voltage.

주제어

표/그림 (25)

표 Table 1. Co-precipitation conditions for precursor synthesis
그림 Fig. 1. Precursor shape(SEM): (a) Bare (b) Ti 1mol% (c) Ti 2mol%
그림 Fig. 2. Precursor shape (EDS): (a) Bare (b) Ti 1mol% (c) Ti 2mol%
표 Table 2. Precursor : (a) Bare, (b) Ti mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 5. Cathode active material shape: (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 6. Cathode active material shape EDS: (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 3. Precursor EDS mapping (a) Ti 1mol% (b) Ti K
그림 Fig. 4. Precursor EDS mapping (a) Ti 2mol% (b) Ti K
표 Table 3. Cathode active material shape EDS: (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%(a) Bare
그림 Fig. 7. Cathode active material shape EDS mapping (a)Ti 1mol%, (b) Ti K
그림 Fig. 8. Cathode active material shape EDS mapping (a) Ti 2 mol%, (b) Ti K
그림 Fig. 9. Cross section of cathode active material: (a)Bare, (b)Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 10. XRD pattern according to Ti content
표 Table 4. Lattice constant according Ti content
그림 Fig. 11. Particle size of cathode active material (a) Bare, (b)Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 12. ICP-MS analysis result (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 13. Particle strength: (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 14. Powder resistivity according to Ti content
그림 Fig. 15. Voltage profile for rate capability (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 16. Voltage profile for 4.3 V lifespan rate capability at room temperature (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 17. Voltage profile for 4.5 V lifespan rate capability at room temperature (a) Bare, (b) Ti 1 mol%, (c) Ti 2 mol%
그림 Fig. 18. Comparison of capacity retention for room temperature 4.3 V lifespan characteristics
그림 Fig. 20. Voltage profile for high temperature 4.3 V lifespan characteristics (a) Bare, (b) Ti 2 mol%
그림 Fig. 21. Comparison of capacity retention at 600C 4.3 V lifespan characteristics
그림 Fig. 19. Comparison of capacity retention for room temperature 4.5 V lifespan characteristics

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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