환원분위기 소성 및 복합전도체 표면처리를 통한 LiNi0.5Mn1.5O4의 전기화학특성 변화

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

LiNi0.5Mn1.5O4 is one of the cathode materials for high voltage lithium ion battery. In this study, we used two-step solid state method to improve electrochemical properties. Step-1 was synthesized in low temperature with reduction atmosphere. Then, the atmosphere was switched to oxygen to make spinel structure. It was effective in increasing initial capacity and cycle performance. Alternatively, the performance improvement was attempted through the surface modification. We used Carbon as an electro-conductor , Li2O-2B2O3 (LBO) as an ionic-conductor for coating. We tried to make by-conducting material with Carbon and LBO. These coatings were effective in improving rate and cycle properties without decrease of initial capacity. Each coating had similarly effect in the increase of cycle property. But in case of rate performance, LBO was most effective.

국문 초록 (Abstract)

고전압용 리튬이온전지의 양극 활물질인 LiNi0.5Mn1.5O4의 성능 개선을 위한 실험을 진행하였다. 성능 개선을 위한 방법으로는 활물질 성능을 향상시키기 위해 two-step 열처리 공정을 사용하여 저온에서 환원분위기를 조성해주다 스피넬 형성을 위한 산소분위기를 형성시켜 초기용량과 수명특성을 향상 시킬 수 있었다. 다른 방법으로는 표면 개질을 통한 성능 개선을 시도하였다. 전기전도도를 가지는 Carbon과 이온전도도를 가지는 Li2O-2B2O3 (LBO)를 이용하여 코팅을 실시하였고 이후 두 물질을 복합하여 복합전도체(LBC)를 코팅하는 방식의 실험을 진행하였다. 위의 세 물질을 사용하여 실시한 코팅에서는 모두 초기용량의 저하 없이 수명 특성과 율 특성을 향상시킬 수 있었다. 각각의 코팅에서는 수명특성은 유사한 성능을 보였지만 율 특성에서 LBO가 5C(=735mAh/g)에서 약 115mAh/g의 용량을 유지하여 0.2C 용량 대비 90%이상의 용량을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ ⅱ
• List of Tables ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ ⅳ
• 요약 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ ⅴ
• Abstract ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ ⅵ
• 제 1 장 서론 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 1
• 제 2 장 이론적 배경 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 4
• 2. 1. LiNi0.5Mn1.5O4 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 4
• 2. 2. Li2O-2B2O3 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 6
• 제 3 장 실험방법 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 9
• 3. 1. LiNi0.5Mn1.5O4 환원 분위기 합성 ․․․․․․․․․․․․․․․ 9
• 3. 2. Li2O-2B2O3-Carbon 코팅 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 10
• 3. 3. 특성 평가 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 13
• 제 4 장 결과 및 고찰 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 14
• 4. 1. LiNi0.5Mn1.5O4 환원 분위기 합성 ․․․․․․․․․․․․․․ 14
• 4. 1. 1. 분위기에 따른 특성 ․․․․․․․․․․․․․․․․ 15
• 4. 1. 2. 1-step 온도에 따른 특성 ․․․․․․․․․․․․․․․ 23
• 4. 2. 표면 처리을 통한 성능 개선 ․․․․․․․․․․․․․․․․ 27
• 4. 2. 1. Carbon을 통한 표면처리 ․․․․․․․․․․․․․․․ 28
• 4. 2. 2. LBO을 통한 표면처리 ․․․․․․․․․․․․․․․․ 31
• 4. 2. 3. LBO-Carbon을 통한 표면처리 ․․․․․․․․․․․․․ 34
• 제 5장 결론 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 37
• 제 6장 참고문헌 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 39