LiFePO4 코팅을 통한 LiMn1.5Ni0.5O4의 고온 특성 향상 연구 :Improved high temperature characterizations of LiMn1.5Ni0.5O4 using LiFePO4 coating

장원희

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 장원희 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 이윤성

발행연도: 2013

저작권: 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

초록· 키워드

리튬 이차전지의 양극 활물질의 일종인 LiMn1.5Ni0.5O4는 높은 에너지 밀도 및 안정성을 가지고 있다. 하지만 고온에서 작동 시 가역 특성이 현저하게 저하되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질이 가지는 고온에서의 낮은 전기화학적 특성을 표면 코팅 공정 적용을 통해 향상시키고자 하였다.
LiMn1.5Ni0.5O4을 졸-겔법을 이용하여 합성하였다. 출발 물질로는 아세트산 리튬 이수화물(Li(CH3COO)？2H2O), 아세트산니켈 사수화물(Ni(CH3COO)2 ·4H2O), 아세트산 망간 사수화물(Mn(CH3COO)2？4H2O) 및 아디프산(C6H10O4)을 증류수에 녹여 혼합하여 80 ℃에서 증발？건조시킨 후 공기 분위기의 박스형 소결로에서 450 ℃에서 10시간 동안 소결한 후, 다시 700 ℃에서 12시간 재소결하여 최종물질을 합성하였으며, 다양한 아디프산/금속염의 몰비(0∼1.0)에서 합성을 수행하였다. XRD 패턴을 통해 불순물 피크가 없는 cubic spinel 구조의 LiMn1.5Ni0.5O4가 합성됨을 확인하였다. 또한, SEM 분석을 통해 킬레이트제로 아디프산이 첨가되었을 때 작고 균일한 입자가 형성되는 것을 확인하였다. 특히, 아디프산/금속염의 몰비가 0.7인 경우에 가장 높은 방전용량을 나타내었고 사이클 성능 또한 우수한 것을 확인하였다. 이처럼 킬레이트제로 적정량의 아디프산을 첨가함으로써 구조적 결합력을 높이고 입자의 응집을 막아 작고 균일한 입자를 형성함으로써 LiMn1.5Ni0.5O4의 전극특성을 향상시킬 수 있었다.
표면 코팅을 통해 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 전극과 전해액의 직접적인 접촉을 막아 망간용출을 억제함으로서 고온에서의 가역 특성을 향상시키고자 하였다. 1 wt% LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4의 경우 합성된 LiMn1.5Ni0.5O4에 졸-겔법을 이용하여 LiFePO4를 코팅하였으며, XRD와 SEM 분석을 통하여 불순물이 없는 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4가 합성되었음을 확인하였다. LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4의 경우 기존의 LiMn1.5Ni0.5O4 보다 낮은 초기 방전용량을 보였지만, 고온(50℃)에서의 사이클 테스트 결과 충방전이 진행될수록 기존의 LiMn1.5Ni0.5O4 보다 높은 용량 유지율을 보였다.
표면 코팅 공정의 최적화를 위하여 다양한 소결 온도에서 코팅을 진행하였다. 소결 온도가 올라갈수록 고온에서의 사이클 특성 및 가역특성이 향상되는 것을 확인하였으며, 600℃에서 소결한 코팅 시료의 경우 고온(50℃)에서 91%의 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. 또한 코팅 공정을 적용시킴으로써 충·방전후 양극 활물질과 전해질 사이 계면의 분극저항이 기존의 LiMn1.5Ni0.5O4보다 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
LiMn1.5Ni0.5O4 활물질 표면에 LiFePO4 코팅층을 형성함으로서 전해액과의 직접적인 접촉을 차단하여 전해액 분해와 부반응 및 Mn 용출을 억제함으로서, 리튬이온의 이동성이 증가되어 안정된 충？방전 과정을 유지시켜 LiMn1.5Ni0.5O4의 고온특성 및 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있었다.

#LiMn1.5Ni0.5O4 #LiFePO4 coating

1. 서론 1
2. 이론 3
가. 리튬 이차전지란 3
나. 리튬 이차전지의 작동 원리 4
다. 리튬 이차전지의 구성 요소 6
1) 양극 활물질(Cathode material) 6
가) 층상 구조 산화물 6
나) 스피넬 구조 화합물 10
다) 올리빈 구조 화합물 13
2) 음극 활물질(Anode material) 15
3) 전해질(Electrolyte) 16
4) 분리막(Separator) 17
3. 실험 19
가. 시약 19
나. 졸-겔법을 이용한 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 합성 19
다. 졸-겔법을 이용한 LiFePO4 양극 활물질의 합성 19
라. LiFePO4 코팅을 이용한 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 제조 20
마. LiFePO4 및 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 분말 특성 분석 23
바. LiFePO4 및 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 전기화학적 특성 분석 23
4. 결과 및 고찰 26
가. 연구 배경 26
나. 졸-겔법을 이용한 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 합성 및 특성 분석 28
1) 출발물질에 따른 열분석 28
2) 아디프산과 금속염의 몰비에 따른 XRD 특성 분석 29
3) 주사현미경 분석 29
4) 아디프산과 금속염의 몰비에 따른 전기화학적 특성 34
다. 졸-겔법을 이용한 LiFePO4 양극 활물질의 합성 38
1) 출발물질에 따른 열분석 38
2) 아디프산과 금속염의 몰비에 따른 구조 분석 38
3) 주사현미경 분석 39
4) 아디프산과 금속염의 몰비에 따른 전기화학적 특성 43
라. 2-step 소결공정으로 합성된 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 제조 46
1) 2-step 소결공정으로 합성된 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 구조 분석 46
2) 2-step 소결공정으로 합성된 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 전기화학적 특성 50
마. 1-step 소결공정으로 합성된 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 제조 54
1) 1-step 소결공정으로 합성된 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 구조 분석 54
2) 1-step 소결공정으로 합성된 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 전기화학적 특성 58
바. 1-step 소결 공정 중 소결 온도에 따른 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 양극 활물질의 최적화 62
1) 1-step 소결 공정 중 소결 온도에 따른 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 구조 분석 62
2) 1-step 소결 공정 중 소결 온도에 따른 LiFePO4가 코팅된 LiMn1.5Ni0.5O4 전기화학적 특성 67
5. 결론 76
6. 참고문헌 78
7. ABSTRACT 81

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)