| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2014년 봄 (05/15 ~ 05/16, 창원컨벤션센터) |
| 권호 | 20권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지/환경 재료(Energy and Environmental Materials) |
| 제목 | Nickel foam 습식 식각을 이용한 나노 구조물 형성및 이를 이용한 리튬 이온 이차전지 제작 |
| 초록 | IT 기술의 발달로 휴대전화와 노트북, 태블릿 PC 등의 보급이 확대되면서 휴대용 전자기기에 필요한 이차전지의 수요가 전세계적으로 급증하고 있는 상황에서, 높은 산화환원전위(-3.045 V)를 갖는 리튬 이온 이차전지 (Lithium Ion Secondary Battery, LIB)가 주목 받고 있으며 LIB의 경량화, 고성능화, 안정성 향상에 대한 필요성이 대두되고 있다. 현재 상용화되어 있는 LIB는 LiCoO2와 graphite를 각각 양극과 음극 활물질로 사용하고 있다. 음극 활물질인 graphite의 경우 이론적 전지용량인 372 mAh/g을 뛰어 넘어 수많은 물리화학적 변형(파이롤리틱 공법, 기계적 밀링)을 통해 최대 450 mAh/g까지 계속 증가시켜왔으나, 이제 그 한계에 부딪혔다. 따라서 차세대 LIB에서 요구되는 요소인 고용량화와 고밀도화를 충족시키기 위한 대체물질 개발이 시급한 실정이다. 현재 상용화 된 음극 활물질인 graphite를 대체하기 위해 리튬과 합금반응을 할 수 있는 III족(Al), IV족(Si, Ge, Sn, Pb), 및 V족(Sb, Bi) 원소들을 이용한 연구가 활발히 진행 중이다. 이 중에서도 Si은 graphite에 비해 10배에 가까운 전지 용량 (4200 mAh/g) 을 지니고 있어서 차세대 LIB의 음극 재료로 각광받고 있다. 그러나 Si을 활물질로 사용할 경우 리튬 이온의 삽입/탈리 과정에서 400%에 가까운 부피변화로 인한 스트레스가 발생하여 Si 자체의 물리적인 파괴로 인해 본래의 용량을 유지하지 못하고 전지의 수명을 급격하게 감소시키는 문제가 있다. 따라서 이러한 Si 문제를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있으며, 본 연구에서는 습식식각 공정을 통해 나노 구조물이 형성 된 nickel foam를 집전체로 사용하여, Si 박막을 증착 후 이를 이용하여 LIB를 제작하고자 하였다. 본 연구에서는 전용 식각 용액을 이용하여 집전체로 사용되는 nickel foam 표면에 나노 구조물을 형성하여, 거칠기를 증가시켰다. 습식 식각 공정을 통해 nickel foam 표면의 거칠기를 증가시킴으로써, 이 후 증착한 Si의 loading density를 증가시켜 충전용량을 증가시키고 nickel foam 표면에 형성한 나노 구조물에 의해 리튬 이온의 삽입/탈리 시 발생하는 급격한 부피 변화에 대응할 수 있는 LIB용 Si 활물질을 개발하고자 하였다. 최종적으로 본 연구에서 제작한 음극 활물질을 이용하여 LIB를 제작 후, 전기화학적 특성을 테스트한 결과 고용량, 고밀도의 특성을 갖고 충•방전 속도 역시 우수한 LIB를 제작할 수 있었다. |
| 저자 | 현석, 신주현, 김규태, 김양두, 박상준, 고빛나, 이헌 |
| 소속 | 고려대 |
| 키워드 | 비정질 실리콘; 박막; 리튬 이온 전지 |
