리튬이차전지용 리튬과잉계 양극 산화물의 충방전 과정 중 원자 구조 열화 과정과 전기화학 특성에 대한 분석 (Analysis for Atomic Structural Deterioration and Electrochemical Properties of Li-rich Cathode Materials for Lithium Ion Batteries)

서지정보

· 발행기관 : 한국공업화학회
· 수록지 정보 : 공업화학 / 31권 / 1호 / 97 ~ 102페이지
· 저자명 : 박서현, 오필건

초록

최근 리튬이차전지 양극 소재의 다양한 열화 메커니즘들이 밝혀지면서 이것을 제어하여 새로운 전기화학적 특성을 구현하고 기존 소재의 한계점을 극복하고자 하는 연구결과들이 많이 보고되고 있다. 특히, 리튬과잉산화물은 250 mA h g-1 이상의 고 용량 차세대 리튬이차전지 양극 물질로 주목받고 있으나, 충방전 과정 중에 소재 특유의 원자 구조 열화로인해 활용이 제한되고 있다. 본 연구는 0.4Li2MnO3_0.6LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 리튬과잉소재의 충방전 과정 중에서 겪는 원자구조 변화 과정을 분석하여 소재의 열화 과정을 밝히고 이를 개선하기 위한 연구 방향을 제시하고자 한다. 이를 위해, 원자 단위의 분해능을 갖는 전자투과현미경을 활용하여 충방전 중 원자 구조의 변화 과정을 분석하고 이러한 구조 변화가 소재의 전기화학적 특성에 어떠한 영향을 미치는지 밝히고자 하였다. 충전 과정 중에 발생한 다량의 리튬 빈자리로인해 구조 불안정성이 일어났고, 이로 인해 전이 금속이 리튬 빈 자리로 이동하면서 구조 열화가 확인되었다. 결과적으로이러한 구조 변이는 리튬과잉소재의 가장 큰 문제점인 방전 전압 강하 특성을 야기한다는 것을 알아내었다.

영어초록

Recently, various degradation mechanisms of lithium secondary battery cathode materials have been revealed. As a result, many studies on overcoming the limitation of cathode materials and realizing new electrochemical properties by controlling the degradation mechanism have been reported. Li-rich layered oxide is one of the most promising cathode materials due to its high reversible capacity. However, the utilization of Li-rich layered oxide has been restricted, because it undergoes a unique atomic structure change during the cycle, in turn resulting in unwanted electrochemical degradations. To understand an atomic structure deterioration mechanism and suggest a research direction of Li-rich layered oxide, we deeply evaluated the atomic structure of 0.4Li2MnO3_0.6LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 Li-rich layered oxide during electrochemical cycles, by using an atomic-resolution analysis tool. During a charge process, Li-rich materials undergo a cation migration of transition metal ions from transition metal slab to lithium slab due to the structural instability from lithium vacancies. As a result, the partial structural degradation leads to discharge voltage drop, which is the biggest drawback of Li-rich materials.

참고자료

· 없음