리튬이차전지용 LiFePO4 양극활물질의 전기전도도 향상에 관한 연구 : - = A Study on the Enhancement of Electrical Conductivity in LiFePO4 Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 LFP 양극활물질의 전기화학적특성을 향상하기 위한 연구이다. 본 연구의 목적은 다양한 양극활물질 중에서 우수한 열적 안정성과 비교적 저렴한 원료 비용을 지닌 리튬 인산철 (LiFePO4, LFP) 소재를 대상으로 그 합성 방법 및 전기화 학적 성능 향상 방안을 탐구하는 데 있다. LiFePO4는 구조 적 안정성이 뛰어나 차세대 리튬이차전지의 유망한 양극 물 질로 주목받고 있으나, 낮은 전기전도도와 리튬 이온 확산 의 한계로 인해 고속 충·방전 특성이 저하되는 문제가 존재 한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 선행 연구에서는 다양한 탄소 원료를 활용한 탄소 코팅(carbon coating) 기 법을 도입하여 전도성을 개선하고자 하였다. 본 연구에서는 이와 같은 기존 접근법을 확장하여 탄소층 에 질소(N) 원자를 도핑함으로써 전기적 전도성을 향상하는 방법을 제안하였다. 질소 도핑을 통해 생성된 결함(defect) 구조와 전하이동 경로의 개선 효과는 LiFePO4 입자와 탄소 층 사이의 계면 접촉을 촉진하여, 전자 전달 경로를 개선하 였다. 그 결과, N-도핑 탄소 코팅 LiFePO₄는 기존 탄소 코팅 시료에 비해 전기전도도가 향상되었으며, 고속 충·방전 시에 도 용량 유지율이 높고 사이클 안정성이 개선된 것으로 확 인되었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 1. 리튬이차전지 5
• 1) 리튬이차전지의 구성 5
• 2) 리튬이차전지의 원리 10
• 2. 리튬이차전지용 양극활물질 12
• 1) 양극활물질의 조건 12
• 2) 양극활물질의 종류 15
• 3. LiFePO4 22
• 1) LiFePO4의 특성 및 연구동향 22
• 2) LiFePO4/NC 29
• Ⅲ. 실험 방법 31
• 1. LiFePO4 전구체 합성 31
• 2. 양극재 합성 및 탄소 코팅 32
• 3. 재료특성화 34
• 4. 전극 제조 및 전기화학적 특성 평가 35
• Ⅳ. 연구 결과 37
• 1. 에틸렌글리콜(E.G) 비율 최적화 37
• 2. 질소 도핑 탄소 코팅 51
• Ⅴ. 결론 70