초록 ▼

- 본 연구에서 개발된 리튬이온 이차전지용 양극 활물질인 $Li[Ni_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}]O_2$는 합성방법이 combustion 법이며, $400^{\circ}C$에서 하소 후 소결조건을 $750^{\circ}C$ ~ $950^{\circ}C$ 사이에서 $50^{\circ}C$ 간격으로 5개 시료를 만들고, 그 결과물들을 각각 전기화학적 테스트를 하였다. 그 결과 $850^{\circ}C$에서

- 본 연구에서 개발된 리튬이온 이차전지용 양극 활물질인 $Li[Ni_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}]O_2$는 합성방법이 combustion 법이며, $400^{\circ}C$에서 하소 후 소결조건을 $750^{\circ}C$ ~ $950^{\circ}C$ 사이에서 $50^{\circ}C$ 간격으로 5개 시료를 만들고, 그 결과물들을 각각 전기화학적 테스트를 하였다. 그 결과 $850^{\circ}C$에서 만든 것이 우수한 효율을 나타내었다. 실험조건은 충ㆍ방전 조건이 cut-off는 4.4 V 이며, 전류밀도를 40 mA/g 에서 테스트 하였을 때 50cycle 후 용량이 초기용량 대비 90%에 가까운 높은 효율을 나타내었다. $900^{\circ}C$에서 만든 것을 충ㆍ방전 조건을 cut-off는 4.5V, 전류밀도를 40 mA/g로 하였을 경우 초기방전용량이 186 mAh/g이며, 50 cycle 후 용량이 초기용량 대비 74 %로써 cutoff는 4.4 V일 때 보다 낮은 효율을 보였지만, 세부최종목표인 70%을 넘을 수 있었다. 이에 준해서 볼 때 계획목표는 달성하였으나, 향후 충전 cut-off전압에 따른 영향도 확인이 필요하다.
- 본 연구에서 개발된 리튬이온 이차전지의 양극 활물질인 $Li[Ni_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}]O_2$를 여러 가지 소결온도 별로 중성자 빔을 이용하여 회절실험을 하였고, $900^{\circ}C$ 이상에서 불순물이 거의 없이 고용체를 형성한 층상구조를 이루고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 X-ray를 이용한 구조분석에서는 $750^{\circ}C$, $800^{\circ}C$에서는 잘 확인이 되지 않았던 1%미만의 불순물($Li_2CO_3,\;Li_yNi_{1-y}O_2,\;Li_2MnO_3$와 $Li_zCo_3O_{4-z}$)와 X-ray 회절 패턴에서도 나타난 미량의 $Li_xNi_{1-x}O$ 또한 중성자빔을 이용한 회절실험에서는 확실히 나타남을 보였고, 이 불순물이 충ㆍ방전테스트 중 어떠한 영향을 미치는지 알 수 없지만 전지성능에 있어서 열화를 일으키는 부분에 영향을 줄 것으로 추측되며, 확실한 검증은 추후 실험을 계속 해봐야한다.

Abstract ▼

The layered compound $LiNi_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}O_2$ cathodes have been synthesized by combustion method at different temperatures (750, 800, 850, 900, and $950^{\circ}C$ for 5h in air ). All peaks in the X-ray diffraction (XRD) patterns of the $LiNi_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}O

The layered compound $LiNi_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}O_2$ cathodes have been synthesized by combustion method at different temperatures (750, 800, 850, 900, and $950^{\circ}C$ for 5h in air ). All peaks in the X-ray diffraction (XRD) patterns of the $LiNi_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}O_2$ powders could be indexed based on a hexagonal structure with a space group of R-3m. However, in the Neutron diffraction patterns, for the sample sintered at 750, 800, and $850^{\circ}C$, five intermediate phases such 35 monoclinic $Li_2CO_3$, cubic $Li_xNi_{1-x}O$, cubic $Li_xNi_{2-x}O_2$, cubic $Li_zCo_3O_{4-y}$, and monoclinic $Li_2MnO_3$ were simultaneously appeared with $LiNi_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}O_2$. The Rietveld refinement of the Neutron diffraction data shows that 4.4-2.2% nickel is in the lithium layer. The nicely split (006)/(102) and (108)/(110) peak pairs in the XRD patterns revealed the layered nature of the compound. XPS studies showed that the predominant oxidation states of Ni, Co and Mn in the compound are 3+, 3+, and 4+, respectively with small content of $Ni^{2+}$ ion. Charge-discharge cycling on $Li/LiNi_{4/9}Co_{4/9}Mn_{1/9}O_2$ (sintered $850^{\circ}C$) cell gives an initial discharge capacity of 161 mAh/g in the range, 2.8-4.4 V at a specific current of 40 mA/g (0.2 C rate) and retains 141mAh/g at the end of 50cycles, Present XPS results show that the predominant oxidation states of Ni and Mn in the compound are 3+ and 4+, respectively, with small content of $Ni^{2+}$ (about 9 %). Oxidation of $Ni^{{2+/3+}}$ at the first cycle occurs of CV curve at lower voltage around 3.8 V, the small amounts of $Ni^{2+}$ present in it.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...5
• 목차...7
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...8
• 제 2장 국내ㆍ외 기술개발 현황...9
• 제 3장 연구개발수행 내용 및 결과...10
• 3.1. 실험방법...10
• 3.1.1. LiNi4/9Co4/9Mn1/9O₂합성...10
• 3.1.2. 실험장비...10
• 3.2. 결과 및 토의...11
• 3.2.1. LiNi4/9Co4/9Mn1/9O₂...11
• 3.2.1.1. Structure analysis (XRD)...11
• 3.2.1.2. Structure analysis (Neutron diffraction)...12
• 3.2.1.3. Morphology analysis (SEM)...14
• 3.2.1.4. Electrochemical properties...15
• 3.3. Conclusion...20
• 제 4장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...21
• 제 5장 연구개발결과의 활용계획...22
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...23
• 제 7 장 참고문헌...24