초록 ▼

1.분석자 서문

이동식 전자기기와 전기자동차, 소형 전력저장 장치의 증가하는 수요를 감당하기 위하여 리튬이온전지(Lithium Ion Battery, 이하 LIB)는 고에너지밀도와 고출력 및 장수명이 요구된다. 4A족 원소는 중량 에너지밀도와 체적 에너지밀도가 우수하고, 전압이 낮고, 매장량이 풍부하여 리튬이온전지에 유망한 물질이다. 그러나 충방전 중 부피변화가 크고 불안정한 solid-electrolyte interface(고체-전해액 계면, 이하 SEI) 형성은 4A족 원소의 도전 과제이다. 전지에서 전기화학

1.분석자 서문

이동식 전자기기와 전기자동차, 소형 전력저장 장치의 증가하는 수요를 감당하기 위하여 리튬이온전지(Lithium Ion Battery, 이하 LIB)는 고에너지밀도와 고출력 및 장수명이 요구된다. 4A족 원소는 중량 에너지밀도와 체적 에너지밀도가 우수하고, 전압이 낮고, 매장량이 풍부하여 리튬이온전지에 유망한 물질이다. 그러나 충방전 중 부피변화가 크고 불안정한 solid-electrolyte interface(고체-전해액 계면, 이하 SEI) 형성은 4A족 원소의 도전 과제이다. 전지에서 전기화학 성능을 평가하는 것은 전지용 활물질 평가의 핵심적인 과정으로, 본서에서는 충방전 중 심각한 부피변화와 딱딱한 전극/전해액 계면과 같은 단점들을 극복하려는 최근의 노력을 살펴본다. 마지막으로 에너지밀도가 높고 고출력인 4A족 음극의 리튬이온전지의 응용과 미래에 대하여 논한다.



2. 목차

1. 서론

2. 4A족 원소(Si, Ge, Sn)의 기회와 도전 과제

3. LIB용 Si

3.1. Si/C 합성물질

3.2. 다른 물질을 사용한 Si 복합체

3.3. SiO 기반 음극물질

3.4. 표준 상용 음극판을 위한 Si 기반 물질과 흑연의 혼합

4. LIB용 Ge

4.1. 순수 Ge 상

4.2. Ge/C 복합체

4.3. 다른 물질과 Ge의 복합체

4.4. GeO2 기반 음극물질

4.5. 기타 Ge 기반 음극물질

5. LIBs용 Sn

5.1. Sn/금속화합물

5.2. Sn/C 복합물질

5.3. SnO2 기반 물질

5.4. SnO2/C 복합물질

6. 결론 및 전망

7. 분석자 의견

현재 양산 중인 리튬이온전지는 성능의 한계에 도달하였으며 추가적인 고용량 및 고출력, 고전압 제품의 설계는 안전성을 측면을 신중하게 고려해야 한다. 에너지밀도와 출력밀도, 수명 성능이 동시에 향상되기 위해서는 활물질 자체의 성능 개선과 함께 극판과 단자의 연결 구조, 전해액, 분리막도 동시에 고려하여 설계해야 한다. 알카라인전지와 같은 종류의 전지에 비하여 리튬이온전지의 단위셀당 용량 증가는 그 속도가 매우 느리다. 앞으로의 용량 증가도 매우 어려운 과제일 뿐 아니라 유사시 사고의 수준도 매우 높아진다. 지금까지 개발된 전기화학 분야의 기술력과 나노물질의 조합으로 리튬이온전지의 한계를 극복한 차세대 전지가 등장할 것이다.



References

1. Deyan He, Group IVA Element (Si, Ge, Sn)-Based Alloying/Dealloying Anodes as Negative Electrodes for Full-Cell Lithium-Ion Batteries, Small, 2017, 13, 1702000.

2. M. H. Park, Y. Cho, K. Kim, J. Kim, M. L. Liu, J. Cho, Angew. Chem.,Int. Ed. 2011, 50, 9647.

3. C. J. Zhang, Z. Lin, Z. Z. Yang, D. D. Xiao, P. Hu, H. X. Xu,Y. L. Duan, S. P. Pang, L. Gu, G. L. Cui, Chem. Mater. 2015, 27,2189.

4. F. W. Yuan, H. Y. Tuan, Chem. Mater. 2014, 26, 2172.

5. H. Kim, Y. Son, C. Park, M. J. Lee, M. Hong, J. Kim, M. Lee, J. Cho,H. C. Choi, Nano Lett. 2015, 15, 4135.

6. X. W. Li, Z. B. Yang, Y. J. Fu, L. Qiao, D. Li, H. W. Yue, D. Y. He,ACS Nano 2015, 9, 1858.

7. J. Liu, Y. Wen, P. A. van Aken, J. Maier, Y. Yu, Nano Lett. 2014, 14,6387.

8. C. Wu, J. Maier, Y. Yu, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3488.

9. J. Liu, X. Chen, J. Kim, Q. Zheng, H. Ning, P. Sun, X. Huang,J. Liu, J. Niu, P. V. Braun, Nano Lett. 2016, 16, 4501.

10. Z. Zhu, S. Wang, J. Du, Q. Jin, T. Zhang, F. Cheng, J. Chen, NanoLett. 2014, 14, 153.

11. G. D. Park, J.-K. Lee, Y. C. Kang, Adv. Funct. Mater. 2017, 27,1603399.

12. Z. Zhu, S. Wang, J. Du, Q. Jin, T. Zhang, F. Cheng, J. Chen, NanoLett. 2014, 14, 153.



※ 이 자료의 분석은 A123SYSTEMS의 양상기님께서 수고해주셨습니다.