Lithium-ion battery is a rechargeable battery where Li ions move forward and backward as battery under-goes charge/discharge. For large capacity and faster recharging for high energy storage and power such as battery in electronic vehicles, development for advanced batteries is necessary and $SnO_2$ nanoparticles has been studied for a promising substitute anode. For such development, precise understanding mechanisms of reactions in lithium-on battery is necessary through in-situ studies. For observation of lithiation in $SnO_2$ nanoparticles, graphene liquid cell transmission electron microscopy (GLC-TEM) was used and the overall lithi-ation process of $SnO_2$ nanoparticles was observed in liquid electrolyte. During lithiation, $SnO_2$ underwent formation of an amorphous shell and phase transition to Sn by dynamic nucleation and growth of Sn along with coalescence. And with ex-situ experiment, in-situ results were supported as their consistency of results. This study is thought to contribute in future design of advanced lithium-ion batteries using $SnO_2$ anodes.
리튬 이온 배터리는 재충전이 가능한 이차전지로써 충방전이 됨에 따라 리튬 이온이 양극과 음극을 오가는 것을 반복하는 성질을 가지고 있다. 리튬 이온 배터리가 전기자동차와 에너지 저장 시스템에 적용되기 위해서는, 대용량과 빠른 충방전 속도를 가질 수 있는 개선이 필요하고, 이를 위해서는 현재 상용화 되고 있는 리튬 이온 배터리가 보다 고성능으로 제작되어야 한다. 산화주석은 이러한 리튬 이온 배터리의 음극 물질로써 그 동안 많은 주목을 받아왔던 물질이다. 산화주석을 음극으로 사용한 리튬 이온 배터리의 설계와 이해를 위해서는, 산화주석의 리튬화 반응을 정확히 이해하는 것이 중요하다. 그래핀 액상 셀을 이용한 실시간 투과전자현미경 관찰은 최근 나노물질의 화학반응을 분석하는 데에 많이 이용되고 있으며, 이를 이용하여 액체 전해질 안에서의 산화주석 나노입자의 리튬화 반응이 관찰되었다. 리튬화 과정 동안, 산화주석 나노입자는 먼저 비정질의 shell을 생성하는 반응을 거친 후, 나노 주석 입자가 nucleation과 growth를 거치면서 산화주석의 전환반응을 거쳤다. 실시간 관찰을 뒷받침 하기 위해 동일한 물질로 실제 배터리 cell에서 실험을 한 결과, 두 실험 모두 유사한 결과를 보임으로써, 실시간 관찰이 매우 현실적인 환경에서 시행되었음을 뒷받침하였다. 이 연구는 산화주석 나노입자의 전환반응을 규명함으로써 후의 산화주석을 이용한 발전된 배터리의 설계에 큰 기여를 할 것으로 생각된다.
