초록 ▼

고출력의 리튬전지를 개발하는 것은 전기자동차뿐만이 아니라 다른 여러 산업에서도 필수적이다. 이에 제 1세부에서는 고출력을 위해 고전압용 소재를 연구했다. LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 소재의 낮은 전도도의 특성을 개선하기 위해 나노구조화를 도입하였다. 나노막대를 통해서 낮은 출력 특성의 한계를 크게 개선하였다. 또한 conversion 소재가 각광받고 있는데, ZnMn₂O₄를 나노선으로 제작하여, 특성을 개선시키고, 충·방전에 일어나는 현

고출력의 리튬전지를 개발하는 것은 전기자동차뿐만이 아니라 다른 여러 산업에서도 필수적이다. 이에 제 1세부에서는 고출력을 위해 고전압용 소재를 연구했다. LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 소재의 낮은 전도도의 특성을 개선하기 위해 나노구조화를 도입하였다. 나노막대를 통해서 낮은 출력 특성의 한계를 크게 개선하였다. 또한 conversion 소재가 각광받고 있는데, ZnMn₂O₄를 나노선으로 제작하여, 특성을 개선시키고, 충·방전에 일어나는 현상을 ex-situ 분석방법을 통해서 관찰하였다.
제 2세부에서는 이온성 액체의 설계(기능성첨가제의 도입, Blend 전해질의 도입)를 통한 안전성 및 전기화학적 특성의 확보 및 분리막의 표면개질을 통한 출력특성의 향상에 관한 연구를 진행하였다. 제 3세부에서는 탄소나노구조체를 이용하여 전극을 제조하고 평가하였다. 기존의 탄소나노구조체에 질소를 도핑시켜 그 물성을 변화시켰으며, 도핑된 질소는 리튬을 저장하는데 중요한 역할을 한다. 첫번째로 질소가 도핑된 그래핀을 이용하여 캐패시터를 개발하였다. 개발된 캐패시터는 ~280F/g에 달하는 용량과 높은 수명 (>200,000), 높은 출력을 갖고, 휘어지는 전극 또한 만들 수 있었다. 이렇게 높아진 특성은 질소가 가장자리뿐만 아니라 중앙에도 형성되어 많은 흡착 위치를 갖게 됨으로써 얻어질 수 있었다. 두번째로는 질소가 도핑된 탄소나노튜브를 이용한 리튬전지 음극소재를 개발하였다. 질소 도핑된 탄소나노튜브는 벽의 결함을 통해서 리튬이 나노튜브 내부로 확산되면서 용량이 점점 증가하는 현상을 보였다. 또한 3 nm 수준의 금속산화물을 분산시켰을 경우 금속산화물은 전지 충방전 중 분산이 잘 되어 있는 상태로 유지되며, 3,500mAh/g 이상의 용량, 10,000회 이상의 수명, 1.5분 충방전 시 350mAh/g의 용량을 가질 수 있는 것을 알게 되었다.

Abstract ▼

To develop secondary battery for electric vehicle, high power lithium battery is necessary. Thus, in the part 1, high voltage cathode materials of LiNi_0.5Mn_1.5O₄ have been employed to show high power electrode. The challenge of LiNi_0.5Mn_1.5O

To develop secondary battery for electric vehicle, high power lithium battery is necessary. Thus, in the part 1, high voltage cathode materials of LiNi_0.5Mn_1.5O₄ have been employed to show high power electrode. The challenge of LiNi_0.5Mn_1.5O₄ lies in low rate capability. In this regard, nanorod shape has been suggested to improve the conductivity of the materials. Also, to better understand the behavior of conversion electrode in Li-ion battery, ZnMn₂O₄ nanowires have been prepared and investigated as anode materials in Li rechargeable batteries. In the part 2, ionic liquid electrolyte (Functional additive, blend electrolyte) has been designed to enhance safety/electrochemical properties and surface modification of conventional separator has been employed to improve power capability of lithium ion batteries. In the part 3, we used N-doped carbon nanostuructures to realize high power electrode. The nitrogen shows an important role to store high amount of lithium. In this project, we have developed the electrode materials having high power, high rate capability, and long cycle life through following two different ways; Development of (1) ultracapacitors using N-doped graphene and (2) lithium battery anode using N-doped carbon nanotubes.

목차 Contents

• EEWS Research 2011 Final Report ... 1
• Summary (English) ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• 1. Research Purpose ... 5
• (1) Research goal ... 5
• (2) Importance of the research ... 6
• (3) Novelty of the research ... 6
• (4) Expected impact of research and commercialization ... 7
• 2. Research Target and Achievement ... 7
• 3. Research Method ... 8
• 4. Research Results ... 8
• (1) Outcome ... 8
• (2) Further research required ... 28
• 5. Research Outcomes ... 29
• (1) Publication ... 29
• (2) Conference presentation ... 31
• (3) Patents ... 34
• 6. Reference ... 35
• 1. 연구목적 ... 38
• (1) 연구목표 ... 38
• (2) 연구과제의 중요성 ... 39
• (3) 연구 과제의 신규성 ... 39
• (4) 연구의 기대효과 및 사업성 ... 39
• 2. 연구목표와 성과 ... 40
• 3. 연구방법 ... 41
• 4. 연구결과 및 고찰 ... 41
• (1) 연구결과 ... 41
• (2) 수반되어야 할 (후행)연구내용 ... 58
• 5. 연구결과물 발표실적 ... 58
• (1) 학회 발표 ... 58
• (2) 논문 ... 61
• (3) 특허 ... 63
• (4) 기타 ... 64
• 6. 참고문헌 ... 66
• 끝페이지 ... 68