The dramatic fluctuations in the raw material prices of lithium ion batteries(LIBs) over the past 10 years have made it necessary to develop alternatives to LIBs. The Na superionic conductor (NASICON)-type materials have been actively studied as cathode materials for sodium ion batteries due to their high voltage and high cycle life.
In this thesis, manganese was substituted on sodium vanadium fluorophosphate/sodium vanadium phosphate composite for enhanced performance and low cost. Also, the low voltage region of sodium vanadium phosphate, which was not used for reasons such as cycle life, was utilized. This cathode material reached the extended specific capacity of 140.5 mAh/g at 0.2 C. Also, it performed well-balanced properties in terms of C-rate capability, cyclability, and energy density. Also, the origin of enhanced performance was revealed by structural and electrochemical analyses. This work is anticipated to offer insight into high-performance cathode materials of SIBs.
최근 10여년간 발생하고 있는 리튬 이온 전지 원자재의 가격 상승은 리튬 이온 전지를 대체할 수 있는 이차 전지의 개발 필요성을 제시하고 있다. 나시콘 계열 양극 소재들은 높은 전압 및 높은 사이클 수명으로 인해 소듐 이온 전지 양극재로 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 학위논문에서는 경제성 및 성능 향상을 위해 나시콘 계열 양극재 소듐 바나듐 플루오르 포스페이트/소듐 바나듐 포스페이트 혼합상 중 바나듐의 일부를 망간으로 치환하였고, 기존에는 수명 등의 이유로 사용하지 않았던 소듐 바나듐 포스페이트의 저전압 영역을 활용하였다. 그 결과 0.2 C의 전류밀도로 충방전시 140.5 mAh/g의 높은 비용량을 나타냈으며, 고속 충방전 능력, 수명 및 에너지 밀도에서 이점을 보였다. 또한 향상된 소듐 저장 능력의 원인을 구조와 전기화학적 분석을 통해 규명하였다. 본 연구는 고성능 소듐 이온 전지 양극재에 대한 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 기대된다.
