3차원 리튬이온경로를 기반으로 한 고출력 LiNi0.5Mn1.5O4 양극활물질에 대한 연구 = A Study on High-Power LiNi0.5Mn1.5O4 Cathodes Based on a 3D Lithium Ion Pathway

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 LiNi0.5Mn1.5O4 양극활물질의 특성을 규명하기 위한 연구이다. 본 연구는 3차원 리튬이온 경로를 가진 LiNi0.5Mn1.5O4(LMNO) 양극활물질의 고출력 특성에 대해서 연구하고 전극·공정 설계 단계에서 지속가능한 발전을 제시하는 데 목적이 있다. 탄소나노체(MWCNT)를 도입해 전자 이동 네트워크를 구축하여 전자 이동 저항을 낮추면서 충·방전 과정의 기계적 변형에 대한 전극 구조 안정성을 강화하고자 하였다. 더불어 합성부터 전극 제조에 이르는 공정 전반에 대해 물질전과정평가를 수행하여 에너지 소비와 탄소 발자국을 규명하고, 공정 선택 및 탄소나노체의 적용이 성능과 환경성 균형에 미치는 영향을 비교·해석하였다. 이를 통해 LNMO의 실용화를 위한 성능 향상과 지속 가능성의 동시 달성을 목표로 한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 1. 리튬이차전지 4
• 1). 리튬이차전지의 구성 4
• 2). 리튬이차전지의 작동원리 5
• 2. 양극활물질의 종류 6
• 1). LiMn2O4 6
• 2). LiNi0.5Mn1.5O4 6
• 3. 리튬망간산화물의 용량감소원인 7
• 1). Jahn-Teller distortion 7
• 2). 전해질과의 반응 8
• 4. LiNi0.5Mn1.5O4의 특성 개선 9
• 1). 소성 온도에 따른 결정구조 9
• 2). 탄소나노체 –MWCNT- 10
• 5. 물질전과정평가(MLCA) 11
• 1). 국제표준규격(ISO Standards) 12
• 2). MLCA 방법론 13
• Ⅲ. 연구 방법 16
• 1. 전구체 및 양극재 합성 16
• 2. 재료 특성화 17
• 3. 전극 제조 및 전기화학 평가 17
• 4. 물질전과정평가 18
• Ⅳ. 연구 결과 19
• 1. 양극활물질 특성화 19
• 2. 전기화학적 특성평가 22
• 3. 물질전과정평가 28
• Ⅴ. 결론 31