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Study on the enhanced high power performance of lithium-ion battery = 셀룰로오스 주형을 사용하여 합성된 리튬 이온전지 양극의 향상된 고출력 성능에 대한 연구
서명 / 저자 Study on the enhanced high power performance of lithium-ion battery = 셀룰로오스 주형을 사용하여 합성된 리튬 이온전지 양극의 향상된 고출력 성능에 대한 연구 / Dong-In Choi.
저자명 Choi, Dong-In ; 최동인
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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초록정보

After successful commercialization of small-sized lithium-ion batteries in portable electronics by Sony at 1991, new area of research and market which needs advanced performance of lithium-ion batteries is arising such as electric vehicle and hybrid electric vehicle. In the area, increased specific capacity of lithium-ion battery is very important, but enhanced high power performance is also significant and more complicated to be achieved. To improve the performance of lithium-ion batteries, when material is fixed, increasing electric conductivity or reducing ion diffusion length in solid phase is necessary. In this study, we focus on the reducing pathway of lithium ions in active materials. There have been a lot of researches to achieve it by synthesizing nanoparticle, nanorod, and nanowire and so on. However, in the purpose of mass production, only nanoparticle has an advantage in their preparation, because nanorod and nanowire need delicate and sensitive synthesis process which hinders large scale production of them. Even though nanoparticle has a merit in their production process, this form also has a problem of agglomeration when it is mixed with con-ducting agent and binder to cast on current collector. To solve all these problems, we used cellulose (cotton) as a template to synthesis nanoparticle but not to make them agglomerate by aligning them to form nanoparticle fiber structure. We believe that this form will enhance high power performance of lithium ion battery when this method is applied to synthesis of electrode active material. Therefore, we prepared LiCoO2 cathode active material by this cotton method and compared it with commercial LiCoO2 in SEM, XRD, BET and electrochemical tests especially for high rate performance. After comparison, excellent high power performance of LiCoO2 nanoparticle fibers was confirmed.

리튬 이온 전지는 기존에 나온 Ni-Cd 전지나 납축 전지 등과 비교하여 볼 때에 높은 에너지밀도와 높은 전압대를 가지고 있어서 새로운 에너지 저장체로서 각광을 받아왔다. 그러나 기존의 성공은 핸드폰, MP3 등과 같은 소형 전자기기에서만 이루어졌다. 석유의 고갈과 지구온난화 등의 문제로 인해 전기자동차에 대한 관심이 매우 커졌고 전기자동차에 대한 새로운 시장이 열리려 하고 있다. 그러나 기존의 소형기기에 사용되었던 리튬 이온 전지의 성능으로는 전기자동차를 완전히 구현하기에는 다소 무리가 있다. 따라서, 기업이나 연구기관에서는 전기자동차를 구현시키기 위하여 향상된 성능을 갖는 리튬 이온 전지를 개발하려는 연구를 진행시키고 있다. 양극활물질은 주로 고상반응을 통하여 합성된다. 하지만 이러한 고상반응을 통해 만들어진 양극활물질은 입자 크기가 수 마이크로미터의 크기로서 고출력의 성능을 구현하기에는 적합하지 못하다. 왜냐하면 입자의 크기가 클수록 리튬 이온이 입자 내에서 이동해야 하는 거리가 증가하기 때문이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 졸겔법이나 수열합성법 등이 연구되었다. 그러나 졸겔법의 경우 유기용매를 사용해야 하는 단점이 있고, 합성된 나노미터 크기의 입자들이 전극 슬러리를 만들 때에 뭉치는 경향이 있다. 수열합성법의 경우는 비록 합성온도는 낮을지라도 장시간이 필요하며 합성된 입자의 결정성이 굉장히 부족하여 추가로 열처리를 해주어야 하는 경우가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 값 싼 솜을 주형으로 이용하여서 졸겔법과 고상반응의 단점을 해결하여 고출력의 양극활물질을 대량으로 생산할 수 있는 방법을 연구하였다. 솜을 통해 합성된 양극활물질은 그 입자 크기가 나노미터이며 입자들이 뭉쳐서 나노입자섬유를 형성하기 때문에 과도한 입자들간의 뭉침현상을 줄일 수 있었다. 실제로 고상반응을 통해 합성된 리튬 코발트 옥사이드와 솜을 이용하여 합성된 리튬 코발트 옥사이드의 고출력 성능을 비교하여서 솜을 이용한 합성법이 성능향상에 도움이 될 수 있음을 확인하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCBE 12017
형태사항 viii, 49 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 최동인
지도교수의 영문표기 : Jung-Ki Park
지도교수의 한글표기 : 박정기
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p.42-46
주제 Lithium-ion Battery
cathode
LiCoO2
cotton
nanoparticle fiber
high power performance
리튬이차전지
양극

고출력 성능
나노입자섬유
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