VOL . 28
기술정보
▣ Ni-rich 양극소재의 Ni2+ 함량에 따른 양이온혼합 효과
 Figure 2. SEM images of samples (a)E0, (b)E1 and (c)E2 Figure 3. XPS spectra of Ni 2p for samples (a)E0, (b)E1 and (c)E2 |
Figure 4. Cycle performance samples (a)E0, (b)E1 and (c)E2
Figure 5. Rate performance samples (a)E0, (b)E1 and (c)E2
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| Title : Effect of Ni2+ Content on Lithium/Nickel Disorder for Ni-Rich Cathode Materials (ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7, 7702-7708) Ni-rich 층상계 Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2 양극소재를 합성시 사용한 LiOH 함량을 변수로 Li+/Ni2+ disorder 정도를 감소시키는 Ni2+이 미치는 효과를 ACS 저널에 발표 소성과정에서 Li source(LiOHㅇH2O)을 과량으로 사용하여 Li+/Ni2+ disorder를 감소시키는 것을 XRD I(003)/I(104) intensity ratio를 통해서 확인하였고, XRS Data로부터 Ni2+의 양이 증가하는 경향 또한 확인하였다. 이는 excess Li+의 양이 증가함에 따라 valance state의 균형을 맞추기 위해서 Ni3+가 Ni2+로 환원된 것으로 보고함 초기 충/방전 실험에서 excess Li의 함량이 높을수록 비용량과 쿨롱효율이 감소하는 것에 대해서는 SEM을 통해서 확인한 일차입자의 크기가 증가하여 Li+의 확산거리가 증가하는 것과 미반응한 Li이 대기 중에서 반응하여 전기화학적으로 비활성 종인 잔존리튬 화합물을 형성하기 때문이라고 설명함 반면에 율특성 평가와 수명 특성평가에서는 높은 용량 유지율과 구조적 안성을 보여주고 있는데, EIS 분석에서 Rct값이 상대적으로 작은 값을 나타내는 것과 XRD 분석을 통해서 수명평가 이후 양이온 혼합이 상대적으로 적고 층상구조의 결정성이 높게 유지되는 것으로 확인함 이러한 현상의 원인으로는 상대적으로 Ni2+(0.69Å)가 Ni3+(0.56Å)보다 이온반경이 크고 Ni2+/Ni3+의 비율이 증가하기 때문에 구조를 안정화 시켜 Li+/Ni2+ disorder를 감소시키고 구조변화 줄여주는 것으로 설명함 |
▣ 코팅 및 도전제 첨가와 전압구간 조절을 통한 실리콘 음극재 성능 개선
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Figure 2. The first two charge-discharge curves of pure Si based electrode. (a)Super P and (b)KB was used as the conductive additive in the Si-based electrode. All the coin cells were discharged at 100 mA/g between 0.02 and 1.5 V vs Li/Li+.
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| - Title: Stabilization of Silicon anode for Li-ion batteries - 미국 pacific northwest 국립연구소 연구팀은 마이크로미터 크기의 다공성구조를 갖는 실리콘을 음극 활물질로 사용하였을 때 성능을 향상 시킬 수 있는 접근 방법 3가지를 제시하였다. 첫 번째는 실리콘 입자 자체의 전기전도도를 향상시키기 위해 아세틸렌 가스로 chemical vapor deposition(CVD) 코팅을 하였고, 두 번째는 실리콘 입자 사이의 electronic contact을 향상시키기 위해 도전제를 첨가하였다. 도전제는 Ketjen black(KB)와 super P를 사용하여 비교하였다. 그 결과 CVD코팅을 하고 도전제로는 KB를 사용한 경우 가장 좋은 성능을 나타내었으며 30 사이클 동안 1600 mAh/g 이상의 가역용량을 유지하였다. 마지막으로 cycling voltage range를 조절하여 성능을 향상시켰다. - CVD코팅 없이 Super P 도전제를 사용하였을 경우 초기 5사이클 까지는 용량이 유지되나 그 이후에 급격히 용량이 떨어졌으나, CVD코팅을 한 경우 약간 향상된 성능을 보였다.(Figure 1a) 그러나 도전제를 KB로 바꾼 경우 성능이 향상되었고, 특히 CVD코팅한 후 KB도전제를 사용하였을 때가 가장 좋은 결과를 보였다.(Figure 1b) 이는 KB가 실리콘 표면보다 CVD-coated carbon과 더 강한 결합을 하고 있기 때문이라고 설명하고 있다.(Figure 1c) - KB 도전제를 사용한 경우 첫 번째 사이클에서 비가역 용량이 크게 나타났다. (Figure 1b) 그 이유는 KB는 큰 비표면적을 갖고 있기 때문에 (2672 m2/g) 전해액 분해를 촉진시켜 많은 양의 SEI가 생겼기 때문이고, 이는 충방전곡선을 통해 확인하였다.(Figure 2b) - 앞서 사이클 테스트는 0.02~1.5V 구간에서 진행되었다. 그러나 용량 감소를 가속화 시키는 Li15Si4 결정질은 0.05V이하에서 형성되므로 전압구간을 줄여서 0.17~0.9V 구간에서 실험을 진행하였고, 그 결과 50사이클에서도 가역용량이 500mAh/g를 유지하였다.(Figure 3) 자료출처: Journal of The Electrochemical Society, 157(10) A1047-A1051 (2010) |
▣ Factors determining the packing-limitation of active materials in the composite electrode of lithium-ion batteries
 그림 cross-section imaging generated by in-situ ES-XRD
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| - Title: Factors determining the packing-limitation of active materials in the composite electrode of lithium-ion batteries 일본 Kyoto의 Kyoto university에서 ES-XRD를 이용해 후막 양극 전극의 충전/방전 속도와 전해질의 솔트 양에 따라 리튬 양의 불균일성을 보여주는 연구를 2016년 Journal of Power Sources에 발표하였다. - 연구팀은 최근 사업장 등에서 관심을 가지고 있는 배터리 전극 소재의 후막화에는 큰 문제가 있다고 생각을 하였다. 충전과 방전의 전기화학적 반응 중에 너무 두꺼운 전극에서 충분히 active하지 않은 부분이 생길 수 있다고 판단하였고, 이러한 전기화학 반응 중의 Li 불균일성은 전지의 특성 열화에 기여한다고 생각하였다. 연구팀은 일반적인 XRD와는 다른 ES-XRD를 이용하여 후막된 전극의 위치에 따른 XRD 정보를 실시간으로 얻을 수 있었고, 이러한 정보를 이용해 각 전극의 위치에 포함되어있는 Li의 양을 간접적으로 정량할 수 있었다. 이런 in-situ ES-XRD를 통해 전극 단위에서의 Li 불균일성을 확인할 수 있었다. 이 기술을 활용하여 충전 및 방전 속도에 따른 전극 단위의 Li 불균일성을 확인할 수 있었고, 전해질에 포함되어있는 솔트의 양에 따른 Li 불균일성까지 함께 확인할 수 있었다. (Journal of Power Sources , 2016) |
