고에너지 밀도 전극을 위한 흑연/질소 도핑 탄소 코팅 실리콘 하이브리드 음극 설계

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Silicon anodes suffer from rapid capacity decay and interfacial instability, which remain major obstacles in designing high-energy battery systems. In this study, we propose a new anode architecture in which melamine- and pitch-derived nitrogen-doped carbon coatings enhance both the lithiophilicity and interfacial stability of silicon particles. The optimized composition (S@P2@M1.25) exhibits the lowest increase in internal resistance compared with conventional Si electrodes, while EIS and GITT analyses confirm the formation of a stable SEI and reduced overpotential. When implemented in graphite/silicon composite electrodes, this material delivers a capacity retention of 93.52% after 200 cycles and achieves the highest lithium-metal coulombic efficiency under hybrid cycling conditions. The nitrogen-doped carbon layer further promotes uniform lithium nucleation, effectively suppressing instability during the plating/stripping process. These findings demonstrate that controlled nitrogen doping provides a viable strategy to mitigate degradation in silicon-based anodes and offers a practical route toward high-energy and high-efficiency hybrid anode systems.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 1
• Ⅱ. 실험방법 6
• 1. 멜라민 코팅 실리콘 6 2. 멜라민 피치 코팅 실리콘 제조 6 1) 열처리 온도 최적화 공정에 사용된 샘플 6 2) 탄소원 비율 최적화 공정에 사용된 샘플 7 3. 탄소 코팅 실리콘 특성 분석 7
• 4. 전극제조 7
• 5. 전기화학분석 8
• Ⅲ. 결과 및 고찰 10
• 1. 멜라민 코팅 실리콘의 전기화학적 한계 평가 10
• 2. 멜라민 피치 탄소원 최적화 12
• 1) 탄화 온도 최적화 12 2) 탄소원 비율 최적화 16
• 3) 전극 저항 특성 평가 27
• 4) 전극의 구조 및 조성 분석 35
• 3. 하이브리드 전극 38
• 1) 하이브리드 전극 메커니즘 38
• 2) 탄소 코팅 실리콘 하이브리드 전극 40
• 3) 흑연/탄소 코팅 실리콘 복합 전극 47
• 4) 흑연/탄소 코팅 실리콘 복합 하이브리드 전극 52
• Ⅳ 결론 60
• Ⅴ Abstract 62