| 학회 | 한국화학공학회 |
| 학술대회 | 2002년 봄 (04/26 ~ 04/27, 강원대학교) |
| 권호 | 8권 1호, p.1413 |
| 발표분야 | 에너지/환경 |
| 제목 | 리튬이온전지 음극용 MCMB 10-28 전극의 전처리 및 Cu첨가에 의한 표면특성 |
| 초록 | 최근 휴대용 전자기기의 보급으로 고에너지 밀도를 가진 리튬이온 이차전지에 대한 수 요와 관심이 증대되고 있으며 이러한 리튬이온 이차전지의 사용은 새로운 소재개발과 더불 어 이종원소 도입을 통한 기존 전지의 성능개선 측면으로 이루어지고 있다. 휴대용 전자기 기에 사용되고 있는 상온형 전지에 요구되는 특성으로는 높은 에너지 밀도, 고출력 전압, 낮 은 자가 방전율, 환경친화성, 그리고 긴 수명 등이 있다. 리튬이온 이차전지는 이와 같은 특 성들을 다른 이차전지보다 비교적 잘 만족 시켜 주고 있다. 음극용 탄소재료에서 열처리온 도에 따라 결정구조상으로 고결정성 탄소와 저결정성 탄소로 나누어 지는데 현재 상용화되 어 있는 재료로는 결정성이 중간정도인 MCMB (meso-carbon micro-beads)가 있다. 이는 이론용량보다 높은 용량으로 사용 할 수 있고 충방전 동안 부반응을 일으키는 표면적이 적 어 상업적으로 이용 가능한 물질로 많은 주목을 받고 있다. 전해액과 전극의 계면에서는 유 기용매가 분해하여 SEI(Solid Electrolyte Interphase)라 불리는 부동태 피막이 형성된다. SEI는 전자에 절연체이고 이온에는 전도체이므로 충분히 두껍고 균일해야 한다. 그렇게 생 성된 SEI는 전자가 SEI를 통해 전해질과 반응하는 자가방전현상을 방지 할 수 있게 한다. 그리고 탄소에 도입되는 이종원소로 금속성원소를 사용할 경우 전자받게로 작용하여 전극표 면의 전위를 안정화시킴으로써 보다 높은 전위에서 리튬의 삽입과 탈퇴가 이루어진다고 알 려져 있다. 탄소재료 표면에 존재하는 여러가지 작용기는 첫 번째 리튬이온 삽입이 일어 날 때 리튬이온 및 전해질 등과 비가역 반응을 함으로써 비가역 용량을 증가시키고 전지 성능 을 감소시킨다. 그러므로 본 실험에서는 표면작용기의 성능 개선을 위해 고온에서의 열처리 과정을 통하여 대부분의 작용기를 -COOH, -OH등의 작용기로 변형하고, Cu를 첨가하여 -COOCu, -OCu 로 치환하고 일부분은 전극표면에 미세하게 분산된 CuO를 형성하도록 하 였다. 이렇게 전처리된 전극은 초기 충방전의 리튬이온 삽입 시 전극표면 및 SEI의 특성, 전극의 전기전도도를 향상시킬 것으로 예상된다. FT-IR 분석실험 결과 열처리에 의한 산화 막의 증가로 표면에 carbonyl stretching 피크가 증가하였고 다시 Cu를 첨가하면 H+가 Cu+ 로 치환되어 carboxylate stretching의 피크가 증가하여 carbonyl stretching 피크는 줄어드 는 현상이 관찰되었다. 이렇게 형성된 표면의 작용기는 SEI 자체의 성분뿐만이 아니라 전극 표면과 SEI를 안정하게 결합시키는 작용 및 리튬이온의 전달을 용이하게 하는 것으로 예상 된다. 또한 Cu의 첨가로 SEI의 생성을 촉진하고 전극표면과 SEI의 결합력을 향상시켜 리튬 이온의 이동을 용이하게 한다. 동시에 전극의 전기전도도가 높아져 고속의 방전 성능을 가 질 수 있고 사이클 수명도 향상 될 수 있었다고 판단된다. |
| 저자 | 김동호, 이승익, 김태영, 정운호, 김명환, 전해수, 안동준 |
| 소속 | 고려대 |
| 키워드 | 리튬이온전지; MCMB 10-28; SEI; FT-IR |
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| 원문파일 | 초록 보기 |
