Publications

Detailed Information

표면 피막조성 변화가 스피넬 구조의 LiMn2O4 양극성능에 미치는 영향 : The effect of compositional changes in surface films on the positive electrode performances of spinel-structured lithium manganese oxide

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors

김대수

Advisor
오승모
Major
공과대학 화학생물공학부
Issue Date
2015-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
리튬 이온 이차전지LiMn2O4고온 퇴화재전착표면 피막XPSAl 이온 도핑충전 심도
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 화학생물공학부, 2015. 2. 오승모.
Abstract
스피넬 구조를 이루고 있는 LiMn2O4는 리튬이온 이차전지의 대표적인 양극재이다. 일반적으로 널리 사용되는 LiCoO2에 비해 원재료 가격과 공정 비용이 저렴하고, 높은 출력 특성과 안전성 (safety) 및 안정성 (stability)의 장점을 지니고 있기 때문에 전기자동차 (electric vehicle, EV)용 양극 활물질로 각광받고 있다. 하지만 55℃ 이상의 고온 조건에서 급격한 용량 퇴화 현상을 보인다는 단점이 존재하기 때문에 물질 상용화를 위해서는 이 문제점에 대한 해결이 필요하다. 문제 해결을 위해서는 고온에서 수명 저하가 발생하는 원인에 대한 근본적인 이해가 필요하다. 그러나 현재까지 고온에서 발생하는 LiMn2O4의 특징적인 퇴화 거동과 구조적인 변화에 대해서는 많은 연구가 이루어져있지만, 그러한 특징적인 변화가 발생하게 된 원인 및 퇴화 메커니즘에 대한 보고는 미흡한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 표면 피막 (surface film)에 대한 분석을 바탕으로 LiMn2O4 활물질의 고온 퇴화 거동을 이해할 수 있는 새로운 관점을 제시하였다. 고온에서 발생하는 LiMn2O4의 특징적인 거동을 크게 다음과 같은 세가지 현상으로 대표하였다
1)고온 사이클 혹은 보관 시 발생하는 전극의 저항 증가, 2)알루미늄 이온을 도핑 했을 때 나타나는 고온 특성 향상, 3)충전 심도 (state-of-charge, SOC)에 따른 고온 보관 특성의 차이. 이를 피막의 특성 변화를 바탕으로 해석하기 위해 FE-SEM (field-emission scanning electron microscopy), Raman spectroscopy, XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) 등의 분석 기기들을 이용하여 고온 보관 전후에 발생하는 표면 피막의 형태 및 화학적 조성을 비교하였다. 그 결과, 각각의 현상들을 1)망간 이온의 재전착 (re-deposition)에 따른 피막 저항 증가와 그로 인한 분극 (polarization) 현상, 2)알루미늄 이온의 재전착 현상과 알루미늄 화합물의 HF scavenging 효과, 3)충전 심도에 따른 피막 조성 변화와 피막 조성이 고온 보관 성능에 미치는 영향으로 설명하였다. 이때 피막을 이루는 구성 성분 중에서 특히 망간 플로라이드 화합물, 알루미늄 산화물 그리고 리튬 플로라이드 화합물이 전기화학적 특성에 미치는 영향을 중점적으로 확인하였다.
이러한 결과를 바탕으로 표면 피막 특성에 따라 LiMn2O4 양극재의 고온 성능에 큰 차이가 발생할 수 있음을 제시하였다. 또한 제올라이트와 같은 알루미늄 산화물 첨가제를 사용하거나 표면 피막 생성제를 이용하여 표면 피막의 조성을 인위적으로 변화시켜줄 경우, LiMn2O4의 고온 성능이 개선되는 결과를 얻을 수 있었다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/119721
Files in This Item:
Appears in Collections:

Altmetrics

Item View & Download Count

  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Share