리튬 이온 배터리 음극용 실리콘/파이로프로틴 복합 전극

국문 초록 (Abstract)

Graphite 대비 10배 이상 높은 이론용량을 가지는 silicon은 고용량 및 고에너지 밀도를 계속적으로 요구하는 lithium ion battery의 음극 활물질로써 많은 잠재력을 가지고 연구되어 왔다. 본 논문에서는 silicon nano particles (SINPs)의 음극 수명 특성을 개선하기 위해 재생 피브로인용액과 SINPs를 용액상태로 혼합 후 건조된 복합물을 탄화하여 파이로프로틴 (pyroprotein)과 SINPs 복합음극을 제조하였다. 탄화된 피보로인은 파이로프로틴화 되어 복합물의 매트릭스를 이루었으며, 충/방전 과정에서 SINPs의 부피팽창을 효과적으로 수용하여 전극 표면 결함 발생을 억제함과 동시에 Li ion chemisorption을 위한 추가적인 저장 site를 제공하였다. 또한, 충방전 곡선 결과를 통해 파이로프로틴 매트릭스가 solid solution reaction으로 SINPs 표면에 균일하게 Li ion을 전달하는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과 파이로프로틴과 SINPs 복합음극은 순수한 SINPs와 비교하여 50 사이클 동안 30%이상 높은 용량 유지율을 가지며 향상된 rate capability을 나타냈다. 한편, 제조된 복합음극을 graphite와 혼합한 경우에도 100 사이클 동안 99.5%의 용량 유지율을 나타내었다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 2. 실 험 6
• 2. 1. Fibroin solution 제조 6
• 2. 2. Si@pyroprotein, G-Si@pyroprotein 전극 제조 6
• 2. 3. 특성 분석 7
• 2. 4. 전기화학 특성 분석 7
• 3. 결과 및 고찰 9
• 3. 1. Si@pyroprotein 물질 특성 분석 9
• 3. 2. Si@pyroprotein 전기화학 성능 11
• 3. 3. Pyroprotein matrix 영향 분석 15
• 3. 4. G-Si@pyroprotein 전기화학 성능 19
• 3. 5. G-Si@pyroprotein 풀 셀 분석 21
• 4. 결 론 23
• 5. 참고문헌 25