초록 ▼

1. 이차전지 음극활물질용 복합나노소재 개발, 전자부품연구원, 박철완
나노기술을 이용한 탄소나노섬유를 기반으로 한 복합재를 제조하는 연구를 진행하였다.본 연구에서 제조한 복합나노소재는 단순히 탄소나노섬유와 탄소재를 혼합하는 혼합 방식이 아니라, 탄소나노섬유를 고밀도화 하는 기술을 개발하여 탄소나노섬유 비즈를 개발하였고, 탄소나노섬유 비즈의 성능 개선을 위하여 탄소-탄소 복합재, 금속-탄소나노섬유 복합재 등의 복합재를 구성하여, 기존의 흑연계 소재보다 우수한 성능을 지니는 리튬 이차전지 음극 활물질로서의 탄소재를 개발하였다, 얻

1. 이차전지 음극활물질용 복합나노소재 개발, 전자부품연구원, 박철완
나노기술을 이용한 탄소나노섬유를 기반으로 한 복합재를 제조하는 연구를 진행하였다.본 연구에서 제조한 복합나노소재는 단순히 탄소나노섬유와 탄소재를 혼합하는 혼합 방식이 아니라, 탄소나노섬유를 고밀도화 하는 기술을 개발하여 탄소나노섬유 비즈를 개발하였고, 탄소나노섬유 비즈의 성능 개선을 위하여 탄소-탄소 복합재, 금속-탄소나노섬유 복합재 등의 복합재를 구성하여, 기존의 흑연계 소재보다 우수한 성능을 지니는 리튬 이차전지 음극 활물질로서의 탄소재를 개발하였다, 얻어진 물성은 저전압 성능이 우수하고, 탭 밀도가 높은 소재로서 기존에 얻어낼 수 있는 성능과 비교할 때 약 10%이상의 성능이 향상된 나노복합재를 얻어내었고, 제조 방법 상의 특이서에 기인하여, 흑연재보다 우수한 가역용량을 가지는 소재를 얻어낼 수 있었다.
2. 이차전지용 음극활물질 표면나노코팅 기술 개발, 한국과학기술연구원, 이중기,
Fluid suspension에 의한 Si/C 혹은 Si/M 나노박막 제조하였다, 그결과 복합소재 morphology 및 XRD에 의한 silicon, hexagonal structured carbon peak 파악 및 ICP에 의한 전극활물질 단위무게 당 Si의 함유량을 결정하였다. 상용 음극활물질로 사용되는 MCMB(Mesophase Carbonaceous Micro Bead), sfg6(synthetic flake graphite)를 기본재료로 삼아, 활물질 무게를 기준으로 다양한 무게비의 실리콘 입자를 코팅하였으며, SEM(scanning electron microscopy)에 의해 확인하여 본 결과 Si입자가 클로스터형태로 코팅되었음을 확인할 수 있었다. Si/CB 나노코팅막 제조:30-50nm의 직경을 지닌 Si입자 및 5nm카본 composite 막이 코팅된 MCMB 탄소소재로 제조한 half cell의 충방전 용량은 380-450mAh/g 정도의 특성을 보이고 초기효율의 감소는 매우 신하나 싸이클 안정성은 우수한 것으로 나타났다. 또한 카본의 크기와 구조는 실리콘 첨가에 따르는 용량증가에 큰 영향을 미치지 않았다.

Abstract ▼

In this study, we introduce material manufacturing based on nano-technology for lithium secondary batteries. Because of theoretical limitation of capacity of graphites, 372 mAh/ g, New materials for secondary batteries have been investigated by many researchers. The representative materials for seco

In this study, we introduce material manufacturing based on nano-technology for lithium secondary batteries. Because of theoretical limitation of capacity of graphites, 372 mAh/ g, New materials for secondary batteries have been investigated by many researchers. The representative materials for secondary batteries are metal and their alloys and new type carbon materials. However, the better materials exceeding 372 mAh/ g have never been proposed.
We have done the development of new materials based on nano technologies. Firstly, nanocarbon materials based on carbon nano fibers have been tested and developed as new active anode materials. So called, Carbon nanofibers beads developed by us have higher tap density than general carbon nano tube and have good capacity below 0.3 V vs. Li/Li+. Based on such technologies, we have new type carbon nanofibers with high tap density, graphite composited with carbon nanofibers, nano silicon and silicon thin films. Secondly, Surface modification of the silicon-coated graphite was carried out at 200~800°C under hydrogen atmosphere. The silicon-coated graphites were prepared by gas suspension spray coating method. The silicon films prepared on the graphite consist of amorphous Si:C:H, $SiO_x$ (O$SiO_2$ components. The low temperature treatment of the silicon-coated graphite brought on the high fraction of amorphous Si:C:H, $SiO_x$ than that of $SiO_2$. However, they decrease with increase of the heat treatment temperature. The higher content of amorphous Si:C:H, $SiO_x$ in the silicon film on graphite exhibited the higher discharge capacity in our experimental range.The nano-sized $SnO_{2}$ particles synthesized by colloid method provided a good way to obtain high capacity and cyclability due to their very small size particle. The structural and electrochemical properties of nano-sied $SnO_{2}$ particle were investigated by varied instrument. The use of nano-sied $SnO_{2}$ particles could significantly improve cyclability and capability, compared with mechanical milled $SnO_{2}$ particles. That is, the size og the $SnO_{2}$ particles can critically influence electrochemical reaction and the charge/discharge properties in Li rechargeable batteries. To investigate electrochemical properties of power process, the $SnO_{2}$ electrodes coated with $Ta_{2}O_{5}$ thin film were designed and synthesised using a sputtering system. The cells made with $Ta_{2}O_{5}$ coated $SnO_{2}$ electrodes showed very good reversible capacity during the insertion and extraction process as compared with single $SnO_{2}$ electrodes. This implies that the use of the protective $Ta_{2}O_{5}$ thin film could represent a novel method for fabrication of long life time Li rechargeable batteries. In addition, a Pt-supported carbon anode was prepared by a supporting method in order to improve the electrical performance. The supported Pt nanoparticles on the carbon surface helped to depress solvent decomposition reaction and to improve discharge reaction rate.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 보고서초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...10
• CONTENTS ...12
• 목차 ...14
• I. 이차전지 음극 활물질용 복합 나노 소재 개발 ...16
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ...16
• 제1절. 연구 개발 목적 ...16
• 제2절. 연구 개발의 필요성 ...19
• 제3절. 현 기술상태의 취약성 ...24
• 제2장. 국내외 기술개발 현황 ...28
• 제3장. 연구개발수행 내용 및 결과 ...30
• 제1절. 리륨 이차전지와 탄소재의 역사 ...30
• 제2절. 탄소 나노 소재로서의 탄소섬유에 대한 연구 ...35
• 제4장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...117
• 1. 년차별 목표 달성도...117
• 2. 관련분야 기여도...120
• 제5장. 연구개발결과의 활용계획 ...121
• 제6장. 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...122
• 제7장. 참고문헌 ...123
• II. 이차전지용 음극활물질 표면나노코팅 기술 개발 ...126
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ...126
• 제1절. 연구 개발 목적 ...126
• 제2절. 연구 개발의 필요성 및 범위 ...126
• 제2장. 국내외 기술개발 현황 ...132
• 제1절. 세계의 기술동향 ...132
• 제2절. 국내 기술동향 ...133
• 제3장. 연구개발수행 내용 및 결과 ...136
• 제1절. 실험방법 ...136
• 제2절. Fluid suspension spray법에 의해 실리콘 코팅된 흑연의 전기화학적 특성 ...147
• 제3절. 전극 전해질 계면 특성향상 연구 ...165
• 제4장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...169
• 1. 년차별 목표 달성도 ...169
• 2. 관련분야 기여도 ...171
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...172
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...173
• 제7장 참고문헌 ...174