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구리 집전체의 조도에 따른 리튬 전착밀도와 전기화학적 성능 향상에 관한 연구
김은새,진다희,노영준,( Cyril Bubu Dzakpasu ),유명현,이용민 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
고에너지 밀도의 중대형 이차전지 음극재로써 리튬 금속을 상용화하기 위해서는 1) 리튬 금속의 두께를 낮추고 2) 충방전 과정에서 형성되는 리튬 덴드라이트의 형성 및 성장을 억제해야 한다. 특히, 박막의 리튬 금속 음극의 리튬 덴드라이트 형성 및 성장을 억제하기 위해서 리튬 금속의 전착 밀도를 향상시키는 것이 중요하다. 하지만 일반적인 구리 포일은 표면 편차가 크기 때문에 표면에서의 전류 분포가 불 균일하므로 리튬 덴드라이트 형성을 유도할 수 있다. 이에 본 연구에서는, 표면의 조도가 각기 다른 구리 집전체를 적용하여 표면에서의 전류밀도를 제어하고 이에 따른 리튬 전착밀도를 비교하여 최적화된 표면 조도를 도출하고자 하였다. 그 결과, 조도가 큰 구리 집전체의 표면적 증가 효과로 인해 표면에서의 유효전류밀도를 낮추고, 높은 리튬 전착 밀도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하고 전기화학적 성능을 향상시키는 결과를 확인하였다.
양승원,김나연,김은새,임민홍,박주남,송지훈,박선호,Williams Agyei Appiah,유명현,이용민 한국전기화학회 2019 한국전기화학회지 Vol.22 No.1
As the application area of lithium secondary batteries becomes wider, performance characterization becomes difficult as well as diverse. To address this issue, battery manufacturers have to evaluate many batteries for a longer period, recruit many researchers and continuously introduce expensive equipment. Simulation techniques based on battery modeling are being introduced to solve such difficulties. Various lithium secondary battery modeling techniques have been reported so far and optimal techniques have been selected and utilized according to their purpose. In this review, the electrochemical modeling based on the Newman model is described in detail. Particularly, we will explain the physical meaning of each equation included in the model; the Butler-Volmer equation, which represents the rate of electrode reaction, the material and charge balance equations for each phase (solid and liquid), and the energy balance. Moreover, simple modeling processes and results based on COMSOL Multiphysics 5.3a will be provided and discussed.
Carbon coated Cu foil 도입을 통한 리튬 금속 파우더 전극의 전기화학적 성능 향상에 관한 연구
진다희,노영준,김은새,김상헌,이용민 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
최근 중대형 이차전지 시장이 확대됨에 따라 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 금속이 재조명되고 있다. 하지만, 리튬 금속은 충방전시 형성되는 덴드라이트 생성, 이로 인한 짧은 수명 및 낮은 안전성 등은 상용화되기에 한계로 남아있다. 이를 개선하기 위해 리튬 금속을 파우더화함으로써 표면적을 증가시킴으로써, 덴드라이트 형성을 제어하고 수명특성을 향상시키는 연구를 진행되었다. 하지만, 충방전 과정동안 구리포일에서 일부 리튬 금속 입자가 박리되고 더 나아가 데드 리튬이 발생하게 되며, 이는 전기화학적 성능 저하로 이어지게 된다. 이에 본 연구에서는 탄소가 코팅된 구리 집전체를 도입하여, 리튬 금속 입자와 구리 표면사이에 접촉면적을 넓혀 구리와 리튬 금속 파우더 간의 결착력을 향상시키고, 리튬의 증착을 용이하게 하여 데드리튬을 억제하였다. 이를 SAICAS(Surface And Interfacial Cutting Analysism System), SEM (Scanning Electron Microscope), Galvanostatic cycling을 통해 확인하였다.