제6호 발행일 2014.12.24
[기획기사] 차세대 음극 소재, 실리콘 산화물
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| 사진 1 | 사진 2 |
소형 전지가 주를 이루던 리튬 이차 전지 시장에 점차 자동차용 전지 또는 전력 저장 장치 등 대규모/고성능 전지가 자리 잡고 있다. 전지 내 요소들 역시 기존의 상용화된 전지 성능을 뛰어넘기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 음극재의 경우 상용화된 흑연을 대체하기 위해서 노력 중이며, 특히 실리콘 산화물의 경우 높은 용량뿐 아니라 풍부한 자원과 이를 바탕으로 한 대량 생산이 가능하다는 점에 주목 받고 있다. 현재 양극재 용량을 고려할 때, 전지의 용량을 최대화하기 위해서 새로운 음극재에 요구되는 용량은 1,000~1,200mAh/g 정도일 것이다. 이러한 요구 사항을 충족시키는 실리콘 산화물는 실리콘으로부터 발생되는 전지 수명 문제를 보완하면서 상용화에 필요한 높은 용량을 유지할 수 있는 차세대 음극재이다. 최근 실리콘 산화물의 가장 큰 이슈는 첫 사이클 비가역성 개선이다. 산화물의 경우 첫 사이클 충/방전 시 리튬과 산소 또는 리튬과 금속 산화물과의 부반응이 이뤄진다. 이러한 부 반응물은 리튬의 삽입 또는 탈리 시 높은 부피 팽창에 의한 스트레스를 완화시켜주는 완충제 역할을 하여 지속되는 충/방전 속에서도 용량을 유지시켜준다. 하지만 동시에 비가역적으로 리튬을 소비하기 때문에 비가역 용량이 나타나며 전지의 고주기성과 상충적인 관계로 알려져 왔다. (사진 1) 본 사업단에서는 이러한 실리콘 산화물의 수명 특성을 유지하면서 첫 사이클 비가역성을 개선하기 위해서 노력하고 있다. 첫 사이클 비가역 용량에 기인하는 핵심 요소를 파악하고, 부 반응을 일이키는 실리콘 산화물을 기타 리튬과 반응하지 않는 기타 금속 산화물로 대체할 수 있는 방안에 대해서 연구를 진행하고 있다. (사진 2) 본 연구는 고용량/고주기 실리콘 산화물 음극재 개발에 기여할 것으로 전망한다. ◇ 작성 ▶포항공과대학교 |
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