리튬이차전지용 Ni-rich 양극활물질 합성

목차

1. 서론
1-1. 리튬이온전지
1-2. 리튬이온전지 양극재료

2. 연구배경 및 이론
2-1. 전지의 분류
2-2. 2차전지의 종류와 특성비교
2-2-1. 납축전지
2-2-2. 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지
2-2-3. 니켈수소(Ni-MH)전지
2-2-4. 리튬이온전지
2-2-5. 리튬폴리머전지
2-3. 리튬이온이차전지 원리
2-3-1. 리튬이온이차전지의 구성요소
가. 양극(Cathode)
나. 음극(Anode)
다. 격리막(Separator)
라. 전해액(Electrolytic solution)
마. 집전체(Current Collector)
2-3-2. 전지의 작동원리
2-4. 양극재료 LiCoO2 / LiNiCoAlO2의 구조와 특성

3. 실험
3-1. LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA) 합성 및 분석
3-2. 전지제작 및 전기화학 분석

4. 실험 결과
4-1. NCA 물리적 성질
4-2. NCA 전기화학적 특성 실험
4-2-1. 충·방전 특성
4-2-2. 교류회로전기저항(Electrochemical Impdance Spectroscopy)

5. 결론

6. 참고 문헌

본문내용

1. 서론
1-1 리튬이온전지
최근에는 에너지에 대한 수요가 점차적으로 증가하면서 2차 전지 사업은 반도체, 디스플레이와 함께 정보기술 산업(IT)의 대표주자로서, 2차전지는 일반전지와 달리 충 방전을 통해 반복사용이 가능한 화학전지로 정의 된다. 이러한 2차전지는 노트북, 휴대폰, PMP 등 휴대할 수 있는 전자제품의 핵심 부품이므로 IT산업의 경기 동향에 매우 민감한 편이다. 또한 최근 로봇, HEV, LEV, 전동공구 등 모바일 전동기기의 발달과 더불어 용량 및 출력이 큰 전지의 수요가 새롭게 생겨나고 있다. 기존의 리튬 전지는 음극이 금속 리튬으로 이루어져 있었고, 그 때문에 안전성이 낮았다. 따라서 리튬 이온 전지는 금속의 리튬 덩어리가 아니라 리튬 이온을 포함하는 물질을 음극과 양극으로 사용하는 방향으로 개발되었다. 1981년 벨 연구소에서는 리튬 전지에 금속 리튬 대신사용 가능한 흑연 음극을 개발하여 특허를 획득하였다. [1] 그 후 John B. Goodenough가 이끄는 연구팀이 새로운 양극을 개발함으로써 비로소 1991년 소니에 의해 최초의 상업적 리튬 이온 전지가 출시되었다.

<중 략>

전이금속 용액 NiSO4, CoSO4를 증류수에 희석시켜 용액을 준비한다. Al sol을 만들기 위해 Al(NO3)3 용액을 제조한 다음 28 wt% NH4OH solution을 첨가한다. 적정pH 8∼9 도달하게 되면 흰색 콜로이드 입자의 sol이 생성된다. 두 용액을 포함한 NiSO4, CoSO4, Al(OH)x를 Ni/Co/Al =0.8/0.15/0.05 mol ratio에 따라 CSTR 반응기에 동시에 첨가하였다. CSTR 반응기는 유지시간(TR)과 pH조건에 따라서 제어하였다. 시간이 지나면 CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) 반응기에서 overflow과 되면서 NCA hydroxide의 용액이 생성되었다. [Figure. 3-1] 이차전지 구성요소. 이 용액을 여과, 세척, 건조를 거친 후, LiOH(Li/M = 1.05) 와 함께 섞어서 750oC에서 20시간동안 소성하여 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)를 제조하였다.

참고자료

· US Patent 4304825, "Rechargeable Battery", granted(1981)
· Peter. G. Bruce, Chem. Commum, "Promising electro chemical systems for rechargeable batteries", 19, 1817(1997)
· 주간전자정보 리튬이차전지 기술동향 -양극활물질-
· 박숙희, Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O분말의 고상 합성 공정에 관한 연구, 한국산업기술대 지식기반기술·에너지대학원(2007)
· 서영선, 졸-겔(sol-gel)법을 이용한 LiMnO₄ 합성에 관한 연구, 한양대 공학대학원(2009)
· 이차전지 양극ㆍ음극활물질용 나노소재 기술 개발, 교육과학기술부(2008)
· M.Yoshio, 리튬이온이차전지 재료와 응용(2002)
· T. Ohzuku, A. Ueda, Solid State Ionics, 69, 201(1994)
· 김점수, 매거진리튬이차전지용 양극소재의 기술개발 현황 및 전망, E.chem 매거진 (2010)
· T. Ohzuku, A. Ueda, M. Kouguchi, J. Electrochem. Soc. 142, 4033 (1995).
· G. V. Zhuang, G. Chen, J. Shim, X. Song, P. N. Ross, T. J. Richardson, J. Power Sources 134, 293 (2004).
· S. H. Ju, H. C. Jang, Y. C. Kang, Electrochim. Acta 52, 7286 (2007).
· S. B. Majumder, S. Nieto, R. S. Katiyar, J. Power Sources 154, 262 (2006).
· M. Guilmard, A. Rougier, M. Gruine, L. Croguennec, C. Delmas, J. Power Sources 115, 305 (2003).
· H. Cai, B. Xia, N. Xu, C. Zhang, J. Alloys and Compounds 376, 282 (2004).
· Worldwide Rechargeable Battery Market, PART 2: TECHNICAL, ECONOMICAL & REGULATION TRENDS, Avicenne Development., 2007-2020.
· S. Yoon, C. W. Lee, Y. S. Bae, I. Hwang, Y.-K. Park and J. H. Song, Electrochem. Solid State Let., 154 A211 (2009).
· A. C. Pierre, Introduction to Sol-gel processing, Kluwer Academic Publishers, Boston, 1998.
· C. F. Baes, R. E. Mesmer, The Hydrolysis of Cations, Krieger Publishing Company, Malabar Florida, 1976.
· C. J. Brinker, G. W. Sherer, Sol-gel science; The Physics and Chemistry of Sol-gel Processing, Academic Press Inc, San Diego, 1990.
· T. Ohzuku, A. Ueda, M. Nagayama, J. Electrochem. Soc. 140, 1862 (1993).
· H. Omanda, T. Brousse, C. Marhic, D. M. Schleich, J. Electrochem. Soc. 151, A922 (2004).
· C. Pouillerie, F. Perton, P. Biensan, J. P. Peres, M. Broussely, C. Delmas, J. Power Sources 96, 293 (2001).
· S. Yoon, B. H. Ka, C. Lee, M. Park, S. M. Oh,, Electrochem. Solid State Lett. 12, A28 (2009).
· P. Arora, B. N. Popov, R. E. White, J. Electrochem. Soc. 145, 807 (1998).
· A. J. Bard, L. R. Fulkner, Electrochemical methods: fundamentals and applications, John Wiley & Sons: New York. 1988: Chap. 9
· B. Boukamp, Equivalent circuit, users manual, University of twente, Enschede (1989).