초록 ▼

본 연구에서는 중성자 회절 분석을 이용한 리튬/소듐 이차전지 양극재 구조 분석을 실시하였다. 총 3가지 목표 (1. Olivine 소재에 대한 분석, 2. NASICON 및 소듐 이차전지 양극소재에 대한 분석, 3. 신규 양극재에 대한 합성 및 구조분석)를 가지고 과제를 진행하였으며, 이에 대한 내용을 해외 우수 journal에 보고하였다. 우선 Olivine 계열인 LiFePO₄ 를 비롯하여, Olivine 계열의 물질 경우에는 Li-Fe intermixing 에 대한 연구 및 MEM 분석을 이용한 구조 내에서

본 연구에서는 중성자 회절 분석을 이용한 리튬/소듐 이차전지 양극재 구조 분석을 실시하였다. 총 3가지 목표 (1. Olivine 소재에 대한 분석, 2. NASICON 및 소듐 이차전지 양극소재에 대한 분석, 3. 신규 양극재에 대한 합성 및 구조분석)를 가지고 과제를 진행하였으며, 이에 대한 내용을 해외 우수 journal에 보고하였다. 우선 Olivine 계열인 LiFePO₄ 를 비롯하여, Olivine 계열의 물질 경우에는 Li-Fe intermixing 에 대한 연구 및 MEM 분석을 이용한 구조 내에서의 리튬거동 분석을 실시하였다. 또한, 새로운 소듐이차전지용 양극소재 Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇) 소재에 대한 구조 분석 및 NASICON 구조에 대한 정확한 구조 분석을 실시하였다. 신규 양극재의 경우 중성자 분석을 통하여 최초로 구조를 밝혔으며, 이러한 내용을 ICDD에 등재하였다. 추가적으로, 중성자 산란 분석을 통해 각 물질의 Li 과 Transition metal 의 site 및 occupancy 분석을 함으로써 그동안 규명되지 않았던 각 물질들의 구조와 충방전 mechanism을 규명할 수 있었다. 이러한 분석은 리튬/소듐 이차전지의 전극물질에 대한 mechanism 을 보다 깊게 이해할 수 있게 하였으며, 이러한 충방전 원리 규명은 리튬이차전지 개발 분야에 비약적인 발전을 이끌 것으로 예상된다. 또한 HEV(Hybrid Electric Vehicle)이나 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 의 전력 장치뿐 아니라 통신장치나 대용량 에너지 저장장치의 기술 개발에 큰역할을 하게 될 것이다. 현재까지 중성자 회절 연구를 통하여 SCI 급 논문 5편 (Scientific Reports 1편, Chemistry of Materials 2편, Journal of Materials Chemistry A 1편, Energy & Environmental Science 1편) 을 등재하였으며,^[1-5] 3편을 국제 SCI급 우수한 논문에 submit 한 상태이다.

Abstract ▼

Among various energy storage systems, lithium secondary batteries are used as most of the portable devices because of its high energy density. Also, many studies are in progress to applicate electrode materials to large-scale-energy storage systems. When lithium ions are moving from the electrode, s

Among various energy storage systems, lithium secondary batteries are used as most of the portable devices because of its high energy density. Also, many studies are in progress to applicate electrode materials to large-scale-energy storage systems. When lithium ions are moving from the electrode, structural transformations are happened and this transformations can be analysed by X-ray diffraction and neutron diffraction analyses. Neutron diffraction analysis is very important in our research because of limitations of X-ray diffraction analysis. Neutron source is powerful for atom which have small atomic weight such as lithium, oxygen and Phosphor. In this research, neutron diffraction study of various polyanion-based cathode materials were performed by accurate analyzing of the lithium's positions and occupancies in the lattice. Furthermore, we elucidate exact structure and electrode material's working mechanism. In this research, neutron diffraction analyses of polyanion based cathode materials which have high safety and high energy density were performed. Olivine materials which are of great interest and NASICON cathode such as Li_1.5-_xNa_xVOPO₄F_0.5 were analyzed by using neutron sources. Also, newly synthesized Na/Li-Fe-P-O-based materials were investigated. New Na/Li-Fe-P-O-based cathode materials were successfully synthesized, and we found that these cathodes have promising electrochemical properties. We investigated these structures using X-ray diffraction and neutron diffraction analyses.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 7
• 목 차 ... 8
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 11
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 12
• 제1절 Olivine 계열 소재에 대한 연구 ... 12
• 1. MEM을 이용한 고온에서의 리튬 거동 분석 ... 12
• 2. Olvine 구조 내의 Anti-site분석 및 해결방안 제시 ... 14
• 제2절 NASICON 소재 및 소듐 이차전지 양극소재에 대한 연구 ... 21
• 1. NASICON Na1.5VOPO4-xF0.5+x 소재에 대한 연구 ... 21
• 2. Na4MnxFe3-x(PO4)2(P2O7) 소재에 대한 연구 ... 24
• 제3절 신규 양극소재에 대한 연구 ... 27
• 1. Alluaudite LiFePO4 에 대한 연구 ... 27
• 2. Alluaudite LiMnPO4 에 대한 연구 ... 27
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 28
• 제1절 연구 목표 달성도 ... 28
• 제2절 하나로 이용연구 활성화 ... 29
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 30
• 제6장 참고문헌 ... 30
• 끝페이지 ... 31