Silicon/Hollow carbon interconnected Multi-wall Carbon Nano tube Composite as an Anode material for Lithium Ion Batteries

Title
Silicon/Hollow carbon interconnected Multi-wall Carbon Nano tube Composite as an Anode material for Lithium Ion Batteries
Authors
김태용김정섭이중기
Keywords
SIlicon; Carbon; Multi wall carbon nano tube; Composite; Anode
Issue Date
2014-04
Publisher
한국전기화학회
Abstract
리튬 이차전지는 친환경적 에너지 저장 소자로 소형 전자기기 및 휴대용 기기의 전원으로 개발되고 있다. 리튬 이차전지의 음극 활물질로서 흑연 (Graphite)이 사용되고 있다. 다양한 전자장치의 개발로 인해 더 높은 에너지 밀도가 요구됨에도 불구하고 이론용량이 낮은 흑연 소재는 한계를 가지고 있다. 반면 흑연을 대체하기 위해 높은 이론 용량 (4200 mAh/g)을 가지는 실리콘 (Silicon) 소재가 음극재료로서 가장 활발히 연구되고 있다. 하지만 리튬 탈/삽입 하는 동안 큰 부피 팽창과 전해질 분해로 인한 예기치 않은 새로운 Solid Electrolyte Interphase (SEI)의 형성으로 안정한 사이클 성능과 효율을 얻을 수 없다. 게다가, 소재 자체의 낮은 전기전도도로 인한 고율 특성 저하가 가장 큰 이슈가 되고 있다. 본 연구에서는 리튬이차전지 음극 활물질로서 간편하고 경제적인 기계적 혼합과 열분해를 통해 형상이 제어된 Silicon과 Multi-wall carbon nanotube (MWCNT)과 상호연결 된 Hollow carbon의 혼합물을 형성 하였고, 다중 벽을 가진 카본을 통해 리튬의 확산 거리를 짧게 만들어 전기 전도도의 향상을 기대 하였다. 그 결과 흑연에 비해 높은 비 용량을 가지고 고율에서도 사이클 특성 저하가 적은 혼합물을 만들 수 있었다. 혼합물의 형상 및 구조적 특성은 X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) 분석과 Mapping을 이용하여 Hollow carbon 상호연결 된 MWCNT의 존재를 확인 하였다. Raman을 통해서 온도가 증가됨에 따라 D 와 G band의 비율을 통해 결정성의 정도를 확인 하였고 만든 혼합물은 이차전지 음극 소재로서의 가능성을 확인을 위해 수명안정성 및 고율 특성을 사이클 테스트 장비로 확인 하였다.
URI
http://pubs.kist.re.kr/handle/201004/47463
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KIST Publication > Conference Paper
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