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(충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수
이종대
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Among anode materials for the lithium ion battery, Si is getting attention for its high theoretical specific capacity and its proper potential range during lithium insertion/extraction process. In this study, the electrochemical characteristics of porous Si/C composites anode were investigated to improve the cycle stability and rate performance in lithium ion batteries.
The effect of TEOS and NH3 concentration, mixing speed and temperature on particle size of nano silica (50 ~ 500 nm) was investigated using . We obtained increased size spherical SiO2 on decreasing temperature. Also increased SiO2 size by high mixing speed and high concentrations of NH3. Porous Si/C composites were prepared by the fabrication processes including the synthesis of nano SiO2, magnesiothermic reduction of nano SiO2 to obtain nano porous Si by HCl etching, and carbonization of phenolic resin.
The electrochemical performances of porous Si/C composites as the anode were performed by constant current charge/discharge test, cyclic voltammetry and impedance tests in the electrolyte of LiPF6 dissolved inorganic solvents (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol %). It is found that the coin cell using porous Si/C composite (300 nm SiO2, Si : C = 1 : 4 in weight) has the capacity of 1,726 mAh/g and the capacity retention ratio was 59.0 % after 40 cycle. To improve the cycle performance, carbon content were changed. Porous Si/C composite was showed high capacity retention on carbon content increased. The coin cell using Porous Si/C composite (300 nm SiO2, Si : C = 1 : 7 in weight) had better capacity (1,246 mAh/g) and capacity retention (1 C / 0.1 C = 78.0 %) than that of other composition coin cells.

목차

  1. Ⅰ. 서 론 1
    Ⅱ. 이론적 배경 4
    2.1. 이차전지의 정의 4
    2.2. 리튬이온 이차전지의 원리 7
    2.3. 리튬이온 이차전지의 구성 10
    2.3.1. 음극 활물질 12
    2.3.1.1. 탄소계 음극 활물질 13
    2.3.1.2. 합금계 음극 활물질 15
    2.3.2. 양극 활물질 19
    2.3.3. 분리막 23
    2.3.4. 전해질 25
    2.3.5. 도전재 28
    2.3.6. 집전체 30
    2.4. 스토버 방법 31
    2.5. 마그네슘 열 환원법 32
    Ⅲ. 실 험 34
    3.1. 구형 나노 실리카 제조 34
    3.2. 다공성 실리콘 제조 34
    3.3. 실리카 크기에 따른 다공성 실리콘/탄소 합성물 제조 35
    3.4. 탄소함량에 따른 다공성 실리콘/탄소 합성물 제조 35
    3.5. 코인 타입 전극 제조 36
    3.6. 활물질의 물성 특성 분석 37
    3.6.1. FE-SEM 37
    3.6.2. XRD 37
    3.6.3. BET 38
    3.6.4. TGA 38
    3.7. 리튬이온 이차전지 전기화학적 특성 분석 39
    3.7.1. 충방전 시험 및 사이클 특성 분석 39
    3.7.2. 율속 시험 특성 분석 40
    3.7.3. 순환전압전류 시험 특성 분석 40
    3.7.4. 임피던스 시험 특성 분석 40
    Ⅳ. 결과 및 고찰 44
    4.1. 구형 실리카 크기 및 탄소함량에 따른 다공성 실리콘/탄소 합성물의 물리적 특성 44
    4.1.1. FE-SEM 분석 특성 44
    4.1.2. XRD 분석 특성 51
    4.1.3. BET 분석 특성 53
    4.1.4. TGA 분석 특성 55
    4.2. 구형 실리카 크기에 따른 다공성 실리콘/탄소 합성물의 전기화학 특성 57
    4.2.1. 충방전 및 사이클 특성 분석 57
    4.2.2. 율속 시험 특성 분석 60
    4.2.3. 순환전압전류 시험 특성 분석 63
    4.2.4. 임피던스 시험 특성 분석 65
    4.3. 탄소함량에 따른 다공성 실리콘/탄소 합성물의 전기화학 특성 67
    4.3.1. 충방전 및 사이클 특성 분석 67
    4.3.2. 율속 시험 특성 분석 68
    4.3.3. 순환전압전류 시험 특성 분석 71
    Ⅴ. 결 론 73
    Ⅵ. 참고문헌 75

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