PVDF를 이용한 실리콘 입자의 탄소코팅 및 코팅된 입자를 음극재로 사용한 리튬이온 배터리의 용량 유지율 개선 (Improvement of Capacity Retention of Lithium Secondary Batteries Using Carbon-coated Silicon Particles as Anode Materials)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 45권 / 5호 / 377 ~ 385페이지
· 저자명 : 김정현, 정진수, 이교우

초록

본 연구는 리튬이온 배터리의 음극재로 사용되는 실리콘의 팽창을 개선하기 위해 PVDF를 이용해 실리콘에 탄소를 코팅하고, 음극재로 사용하여 배터리의 충방전 용량 유지율을 개선하는 것을 목표하였다. 실리콘 덩어리를 밀링 처리하여 제조한 실리콘 입자에 탄소코팅 전구물질로 PVDF를 사용하여 탄소 코팅된 실리콘 음극재를 제조했고, 이를 바탕으로 리튬이온 코인셀을 제작하고 테스트하여, 방전용량 유지율 개선을 측정하고 고찰하였다. PVDF로 탄소코팅한 실리콘 입자에 결정질 탄소층이 존재하는 것을 SEM, EDS, Raman shift, TEM 분석 등을 통해 관찰하였으며, 충방전 실험을 통해 용량 유지율은 초기 용량 대비하여 실리콘 입자 탄소코팅 전 0.5%에서 탄소코팅 후 44.0%로 상승한 것을 측정할 수 있었다. 이를 통해 PVDF를 이용해 탄소코팅하여 실리콘을 개질하는 방법으로 리튬이온 2차전지의 용량 유지율을 개선할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 연구에서는 본 탄소코팅 방법을 최적화한 후 실리콘 산화물에 적용해 리튬이온 배터리용 음극재로 활용하고자 한다.

영어초록

This study aimed to improve the charge/discharge capacity retention rate of lithium-ion batteries by coating carbon on silicon, an anode material, using polyvinylidene difluoride (PVDF) to prevent the expansion of silicon. PVDF was used as a precursor for coating carbon on silicon particles produced by milling a silicon mass. Accordingly, a lithium-ion coin cell was manufactured and evaluated to measure the improvement in its discharge capacity retention rate. The presence of a crystalline carbon layer on the silicon particles coated using PVDF as a precursor was observed through scanning electron microscopy, energydispersive X-ray spectroscopy, Raman spectroscopy, and transmission electron microscopy analyses. Through charge and discharge experiments, the capacity retention rate was determined to be 0.5% before the carbon coating of the silicon particles, as compared with the initial capacity. This value increased to 44.0% after the carbon coating. Thus, it was observed that the capacity retention rate of lithium-ion secondary batteries can be improved by modifying silicon through carbon coating using PVDF. In future studies, this carbon coating method will be optimized and applied to silicon oxides, which will be used as an anode material for lithium-ion batteries.

참고자료

· 없음