실시간 전기화학적 코팅을 통한 리튬 코발트 산화물의 전기화학적 특성 개선

Abstract

가장 널리 사용되고 있는 리튬 양극 활물질인 LiCoO2는 리튬을 0.5개까지 사용하였을 시 리튬대비 약 4.2V까지 전압이 올라가며, 140mAh/g의 용량을 가역적으로 사용할 수 있는 물질이다. 하지만 리튬을 더 많이 사용하여 고전압까지 충전을 하였을 경우 격자구조의 비가역적인 붕괴, 전이금속인 코발트의 용출, 전해질 부산물과의 부반응 등의 문제들이 발생한다. 이 중 전이금속의 용출과 전해질 부산물과의 부반응은 활물질에 코팅을 해서 억제시킬 수 있는데, 코팅으로 인해 추가되는 공정이 활물질의 대량생산에 방해가 되거나, 비싼 비용적인 면에서 단점들을 가지고 있기에, 좀 더 간편하고 저렴한 방법의 코팅방법이 필요하다. 그렇기에 전해질에 무기화합물 염을 추가로 넣어 전지가 충방전 되는동안 코팅이 되는 방법을 고안했고, Mg(ClO4)2를 사용하여 이를 성공시켰다. 그리고 이를 확인하기 위해 추가적인 XANES 및 TEM, XPS 분석을 통해 LiCoO2에 Mg가 삽입되지 않고, 표면에 코팅막처럼 축적되는 것을 확인하였다. Mg의 경우 LiCoO2의 표면에서 MgF2의 형태로 존재하는 것을 확인하였다. 또한 Mg(ClO4)2의 양에 따라서 수명특성의 개선되는 정도가 약간씩 차이가 있기는 했지만, 45℃, 60℃에서 모두 기존 리튬 염만 사용한 전지보다 성능이 개선되는 모습을 볼 수 있었다. 그리고 이것이 표면에 생성된 MgF2 코팅막에 의한 것임을 확인하였고, 45℃, 60℃, 85℃에서의 저장실험을 통해 MgF2 코팅막이 생겼을 경우 코발트 용출이 억제되어서 LiCoO2의 안정화에 기여한다는 것을 확인하였다.