[화학실험기법] Spinel Li4Ti5O12 Lithium Ion Battery

소개

A+ 받은 화학실험기법 레포트입니다!
참고하셔서 좋은 성적 받으시길 기원하겠습니다~^^

목차

1. Abstract
2. Introduction
3. Method
4. Result & Discussion
5. Conclusion
6. Reference

본문내용

화학전지는 전지 내부 active material의 화학에너지를 전기 화학적 산화 환원 반응을 통해 전기에너지로 변환하는 장치이다. 이번 실험에서는 리튬 이온전지의 원리와 구조를 이해하고, 직접 만들어본다. 그 중 spinel 구조를 갖는 에너지 밀도가 높고, 사이클 수명이 긴 Li4Ti5O12(LTO)리튬 이온 배터리를 만드는데, XRD peak를 찍어 LTO가 잘 생성되었는지 확인하고, 충·방전 그래프와 용량에 따른 전압 그래프를 얻어내 좋은 전지의 조건을 살펴볼 것이다.

LTO를 만들기 위해서는 solid state synthesis 과정을 거치게 된다. 고상법이라고 불리는 세라믹 분말을 합성할
때, 각 조성의 원소를 포함하는 산화물이나 탄산염 등의 분말을 배합하고 혼합하여 고온에서 반응시키는 방법을 뜻한다. 고체 내의 이온 또는 원자의 확산에 의해 합성이 진행된다. 이로 인해 고상반응을 빠른 시간 내에 정확히 반응시키기 위해서는 작은 입자가 요구된다. 그렇기 때문에 LTO 분말을 형성할 때에도 빠른 속도로 최대한 입자가 곱게 될 때까지 빻아서 분말을 혼합해준다. 간단한 혼합법이지만, 분말 형태나 크기의 제어가 어려워 화학적 균일성이 낮아질 수 있다는 단점이 있다. 이로 인해 XRD를 통해 LTO 분말이 잘 합성되었나 확인해보는 과정이 필요하다.

<중 략>

리튬 이차 이온 전지를 만들기 위해 음극활 물질인 LTO를 미리 만드는데, LTO가 잘 생성되었는지 확인하기 위해 XRD를 찍어서 확인한다. XRD란 X-Ray diffraction 분석법으로 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 얻을 수 있는 분석방법이다. 분쇄한 시료를 분석할 때 XRD에서는 각 입자의 배열이 λ로 존재하여 여러 가지 격자면 간격의 원자면이 나타난다. X선을 쏘여서 격자 원자면에 부딪히게 하면 X선은 원자에 의해 모든 방향으로 산란된다. 산란된 X선 중 일부는 간섭효과에 의해 세기가 강해지는데 이를 X선 회절 현상이라고 한다.

참고자료

· Wickpedia
· Naver 지식백과
· http://ppaktion.maru.net/264
· Jiehua Liu1, Xiangfeng Wei1, 2 & Xue-Wei Liu, Two-Dimensional Wavelike Spinel Lithium Titanate for Fast Lithium Storage, scientific reports 5, 9782, 2015 (10.1038/srep09782)
· Holler.SkooG.Crouch, 'Principles of Instrumental Analysis', 2008, 6th Edtion, 571-588pg
· hysical Methods in chemistry2 (실험 매뉴얼) 19-23