표면코팅을 통한 LiMn2O4 양극의 고온성능 개선

Abstract

리튬 이차전지의 양극 활물질인 스피넬 망간산화물(LiMn2O4, LMO) 표면에 ITO(indium tin oxide)를 코팅하여, 고온( 55℃)에서 사이클 수명과 속도특성을 조사하였다. 정전류 정전압 충방전 실험의 결과, ITO가 코팅되지 않은 LMO 전극의 표면에서 고온 고전압 조건에서 전해질이 분해하여 피막이 형성되고, 이 피막의 저항으로 인하여 분극현상(polarization)이 심하게 발생하였다. 그러나, ITO가 2 mol% 이상 코팅된 LMO의 경우 양극 활물질과 전해질과의 직접적인 접촉 면적이 줄어들어, 전해질의 분해가 감소하였고 내부저항에 의한 분극 현상 또한 현저히 감소하였다. 이러한 결과, ITO가 코팅된 전극의 충방전에 따른 가역성이 코팅되지 않은 LMO에 비해 크게 향상되었다. 적외선 분광기를 이용하여 ITO가 코팅된 LMO 표면에서 피막형성이 감소함을 확인하였다. ITO의 코팅으로 LMO 전극의 속도특성도 크게 향상되었는데, 이는 저항이 큰 피막형성이 억제된다는 점과 ITO의 전기전도도가 크다는 사실로 설명할 수 있다. An indium-tin oxide (ITO) coated spinel manganese oxide(LiMn2O4, LMO) is prepared and its high-temperature (55℃) cycle performance and rate capability are examined. A severe electrolyte decomposition and film deposition is observed on the un-coated cathode, which leads to a significant electrode polarization and capacity fading. Such an electrode polarization is, however, greatly reduced for the ITO-coated (> 2 mol%) LMO cathode, which leads to an improved cycle performance. This can be rationalized by a suppression of electrolyte decomposition, which is in turn indebted to a decrease in the direct contact area between LMO and electrolyte. The suppression of film deposition on the ITO-coated LMO cathode is confirmed by infra-red spectroscopy. The rate capability is also improved by the surface coating, which may be resulted from a suppression of resistive film deposition and high electric conductivity of ITO itself.