[고려대 재료공학실험IV 결과보고서] 분무건조 장치를 통한 난황구조를 갖는 리튬이온 전지 음극소재 합성

목차

1. 실험 예비 문제
1) 분무건조장비를 통한 합성 메커니즘 [1]
2) 난황구조가 가지는 장점과 기상에서의 합성 메커니즘

2. 실험 결과
1) 사이클 그래프 분석
2) C- rate 그래프
3) 첫 번째 사이클과 그 이후의 반응식의 차이, 이에 따른 작동 전압 차이 설명

Reference

본문내용

분무 건조는 액적의 서스펜션을 원자화/분무 시키는 것으로 시작하여 건조과정을 거치는 방법으로 결과물로 고체 입자가 형성된다. 이는 액체를 수십에서 수백 마이크로미터 단위의 매우 작은 액적 형태로 원자화(atomizing)하여 열, 물질 전달을 가능하게 하는 효과적인 건조 방식이라고 할 수 있다. 분무 건조는 제약 분야에서 규정된 화학적 물리학적 성질을 가지는 의약품을 제조하기 위하여 사용되고 있다. 재료 공정에 있어서 분무 건조는 금속, 반도체, 산화물을 구형의 형태를 가지는 서브마이크로미터에서 마이크로미터 크기의 입자로 제작하기 위한 방법으로 사용되고 있다. 이 때 입자들은 조절된 입자크기를 가지고 서로 뭉치지 않으며, 거의 단분산(monodisperse) 되는 특징을 보인다.

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일반적으로 액상에서의 난황구조의 합성은 Selective etching or dissolution, Ship-in-bottle, Soft template assembly 등의 방법을 이용하거나, Ostwald ripening, Galvanic replacement, Kirkendall effect 등을 이용한다. 기상에서의 난황구조의 합성법은 탄소 복합체의 전구체나 중간체를 만든 후에, 탄소 성분의 연소를 통한 수축을 통해서 속이 빈 껍질 내부에 빈 공간과 작은 구형의 입자를 가지는 난황구조의 파우더의 합성이 가능하다. 이 반응을 [그림 3]에 간단히 나타내었다.

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일정한 정류 밀도 조건에서 충전과 방전 사이클을 거치면서 충전 용량의 변화를 알 수 있고, 평가의 지표로 삼을 수 있다. 배터리를 사용함에 있어서 충전과 방전을 계속해서 반복하게 되는데, 이 때 충전 용량이 적게 감소할수록 좋은 배터리라고 할 수 있다. [그림 4]는 일반 샘플과 York/shell 샘플의 사이클 그래프이다.

참고 자료

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Won-Sik Kim, Yoon Hwa, Hong-Chan Kim, Jong-Hyun Choi, Hun-Joon Sohn, and Seong-Hyeon Hong. SnO2@Co3O4 hollow nano-spheres for a Li-ion battery anode with extraordinary performance, Nano Research 2014, 7(8): 1128–1136