Electrochemical Properties of Commercial NCA Cathode ...
Transcript of Electrochemical Properties of Commercial NCA Cathode ...
163
Korean Chem. Eng. Res., 55(2), 163-169 (2017)
https://doi.org/10.9713/kcer.2017.55.2.163
PISSN 0304-128X, EISSN 2233-9558
์์ฉ ๊ณ ์ฉ๋ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ฉ NCA ์๊ทนํ๋ฌผ์ง์ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ
๊น์๋ฏธ ยท ์ด๊ฐ์ ยท ๋๋ณ๊ธฐโ ยท ์ ์๋ฌธโ
์ถฉ๋ถ๋ํ๊ต ํํ๊ณตํ๊ณผ
28644 ์ถฉ์ฒญ๋ถ๋ ์ฒญ์ฃผ์ ์์๊ตฌ ์ถฉ๋๋ก 1
(2016๋ 12์ 13์ผ ์ ์, 2017๋ 1์ 11์ผ ์์ ๋ณธ ์ ์, 2017๋ 1์ 13์ผ ์ฑํ)
Electrochemical Properties of Commercial NCA Cathode Materials for High Capacity
of Lithium Ion Battery
En Mei Jin, Ga-Eul Lee, Byuong-Ki Naโ and Sang Mun Jeongโ
Department of Chemical Engineering, Chungbuk National University, 1, Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju-si, Chungbuk, 28644, Korea
(Received 13 December 2016; Received in revised form 11 January 2017; accepted 13 January 2017)
์ ์ฝ
LiNi1-x-yCoxAlyO2(x=0.15, y=0.045 ํน์ 0.05, NCA) ์๊ทน์์ฌ์ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ ๋ฐ ์๊ทน์์ฌ์ ์ ์ ํฌ๊ธฐ ๋ถํฌ์
๋ํ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ ์๋ช ํน์ฑ์ ๋ํ ์ํฅ์ ์ดํผ๊ธฐ ์ํด ๋ ์ข ์ ์์ ์ฉ NCA (NCA#1, NCA#2) ์๊ทน์์ฌ๋ฅผ
๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ ์๊ทน์ผ๋ก ์ฌ์ฉํ์๋ค. NCA#1์ ์ฝ 5 ยตm์ ๊ท ์ผํ ๊ตฌํ์ ์ ์๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๊ณ NCA#2๋ ์ฝ 5 ยตm์
11 ยตm ์ ๋์ ์ ์๋ค์ด ํผํฉ๋์ด ์๋ ๋ถ๋ง์ด๋ค. ์ถฉ๋ฐฉ์ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ NCA#2๋ ์ด๊ธฐ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋์ 197.0 mAh/g์ผ๋ก
NCA#1์ ๋นํด ๋๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. NCA#1๊ณผ NCA#2์ ์ฉ๋ ์ ์ง์จ(30์ฌ์ดํด ๊ธฐ์ค)์ ๊ฐ๊ฐ 92%์ 94%๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
Abstract โ In order to investigate the electrochemical properties and the particle size effect of LiNi1-x-yCoxAlyO2
(x=0.15, y=0.045 or 0.05, NCA) for lithium ion batteries (LIBs), two commercial NCA cathode materials (NCA#1,
NCA#2) were used as cathode materials for LIB. The average particle size of the NCA#1 which consisted of uniform
spherical particles was found to be approximately 5 ยตm. NCA#2 consisted of particles with bimodal size distribution of
approximately 5 ยตm and 11 ยตm. From the results of charge-discharge performance test, a high initial discharge capacity
of 197.0 mAh/g was obtained with NCA#2, which is a higher value than that with NCA#1. The cycle retentions of
NCA#1 and NCA#2 up to 30 cycles were 92% and 94%, respectively.
Key words: Lithium ion battery, High-capacity, NCA, Particle size, Electrochemical
1. ์ ๋ก
์ต๊ทผ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง(LIB)๋ ๊ธฐ์กด์ ์ํ์ ์๊ธฐ๊ธฐ์์ ์ ๊ธฐ
์๋์ฐจ(EV), ์๋์ง์ ์ฅ์ฅ์น(ESS)์ ๊ฐ์ ์ค๋ํ ์๋์ง์์ผ๋ก ์
์ฉ์ ์ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ ์งํ๋๊ณ ์๋ค. EV, ESS์ ๊ฐ์ ์ค๋ํ
์๋์ง์์ผ๋ก ์์ฉํ๊ธฐ ์ํด์๋ ์๊ทน์์ฌ์ ๋์ ์๋์ง๋ฐ๋, ๋์
์ ์๊ณผ ์ถฉ๋ฐฉ์ ํจ์จ, ๊ณ ์์ ์ฑ, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์นํ๊ฒฝ์ ์ด ์์ฌ๊ฐ ์๊ตฌ๋๋ค
[1,2].
ํ์ฌ๊น์ง LiCoO2 (LCO) ์๊ทน์์ฌ๋ ๋์ ์ฉ๋ ์์ ์ฑ์ผ๋ก ์ธํด
์์ ์ ์ผ๋ก ๋ง์ด ์ฌ์ฉ์ด ๋์ด ์์ผ๋ ๋ฎ์ ์ฉ๋๊ณผ ์ถ๋ ฅ, ํ๊ฒฝ์ ๋
ํ ์ค์ผ, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ Co์ ์์์ ์ธ ์ ์ฝ ๋๋ฌธ์ ๊ฐ๊ฒฉ์ ์ธ ๋ฉด์์ ๋ถ์
์ ํ๋ฏ๋ก EV ๋ฑ ์ค๋ํ ์ ์ง๋ก๋ ์ ํฉํ์ง ์๋ค. ์ด๋ฌํ LCO์
๋จ์ ์ ๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ LiNiO2 (LNO)๊ฐ ๊ทธ ๋์์ผ๋ก ๋ ์ฌ๋๋ค.
LNO ์๊ทน์์ฌ๋ LCO์ ๋น์ทํ ์ธต์๊ตฌ์กฐ๋ก ๋์ ๊ฐ์ญ์ฉ๋(>190
mAh/g)์ ๊ฐ์ง๋ง, LNO๋ ํฉ์ฑ์ด ์ด๋ ต๊ณ ๋ฎ์ ์ด์์ ์ฑ๊ณผ ์ด์ ํ
์๋ช ํน์ฑ ๋ฑ ๋จ์ ์ด ์๋ค[3,4]. ๋ฐ๋ผ์ LNO ์๊ทน์์ฌ์ ์ด๋ฌํ ๋จ์ ์
๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ธต์๊ตฌ์กฐ์ Li (Ni1-xMx)O2 (LNMO, 1-x>0.6, M=Mn,
Co, Al, ๋ฑ) ์๊ทน์์ฌ๊ฐ ๋์์ผ๋ก ๋ ์ฌ๋๋ค. ํนํ Co, Al์ LNMO์
๋ํํ์ฌ ๋์ ๊ฐ๊ฒฉ๊ฒฝ์๋ ฅ๊ณผ ๋์ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋(~200 mAh/g) ๋ฟ๋ง ์๋
๋ผ LNMO์ ๋นํด ์ฉ๋๊ฐ์๋ฅผ ์ํํจ์ผ๋ก์จ ์ต๊ทผ ์ค๋ํ ๋ฆฌํฌ์ด์จ
์ด์ฐจ์ ์ง์ ์๊ทน์์ฌ๋ก ๊ฐ๊ด์ ๋ฐ๊ณ ์๋ค[5-7]. ๊ทธ๋ฌ๋ Co์ Al์ ๋
ํํ LiNi1-x-yCoxAlyO2 (NCA, 0.4โคxโค0.1, 0.1โคyโค0.005) ์๊ทน์์ฌ
๋ ๊ณผ์ถฉ์ ์ ์ธต์๊ตฌ์กฐ์ ๋ถ๊ดด๋ก ์ธํ ์ด์ ๋ถ์์ ์ฑ, ๋ฎ์ ์๋ช ํน
์ฑ๊ณผ ์จํน์ฑ, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ฌ์ดํด ์งํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ด๋ถ ์ํผ๋์ค๊ฐ ์ฆ๊ฐํ
๋ ๋จ์ ์ด ์๋ค[8,9]. ๋ฐ๋ผ์ ์ด๋ฅผ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋ง์ ์ฐ๊ตฌ๋ค์ด
์งํ์ค์ ์๊ณ ๊ทธ์ค์์๋ NCA ์ ์ ํ๋ฉด์ ์ฝํ ํ๊ฑฐ๋ ์์๋ฅผ
์นํ ๋๋ ๋ํํ๋ ๊ฒ์ด ๊ฐ์ฅ ํจ๊ณผ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๋ ์ค๋ฅด๊ณ ์๋ค
[10-13]. NCA ์๊ทน์์ฌ์ ํฉ์ฑ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก๋ ์ฃผ๋ก ๊ณ ์๋ฒ, ์กธ๊ฒ๋ฒ, ๊ทธ
โ To whom correspondence should be addressed.E-mail: [email protected], [email protected] is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Com-mons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduc-tion in any medium, provided the original work is properly cited.
164 ๊น์๋ฏธ ยท ์ด๊ฐ์ ยท ๋๋ณ๊ธฐ ยท ์ ์๋ฌธ
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 55, No. 2, April, 2017
๋ฆฌ๊ณ ๊ณต์นจ๋ฒ ๋ฑ์ด ์๋ค[14-17]. ๊ณต์นจ๋ฒ์ ์ก์๋ฐฉ๋ฒ ์ค ํ๋๋ก์จ ์
์ ํฌ๊ธฐ ๋ฐ ํํ ์กฐ์ ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค.
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก Ni ํจ๋์ด ๋์ผ๋ฉด ๋ฐฉ์ ์ฉ๋์ด ํฌ๊ณ ์ฌ์ดํด์ด ์งํ๋จ์
๋ฐ๋ผ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฉ๋๊ฐ์๊ฐ ๋ํ๋๋ ๊ฒ์ด ํน์ง์ด๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ ์
ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๊ท ์ผํ NCA#1 (LiNi0.805Co0.15Al0.045O2)๊ณผ ์ ์ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์์ดํ๋ฉฐ
NCA#1์ ๋นํด Ni ํจ๋์ด ๋์ NCA#2 (LiNi0.815Co0.15Al0.035O2)์
๊ฐ์ ์์ ์ฉ NCA ์๊ทน์์ฌ๋ฅผ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ ์์ฉํ๊ธฐ ์ํด
์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ ๋ฐ ๋ด๋ถ์ ์ํผ๋์ค ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํต
ํด ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ ์๋ช ํน์ฑ์ ๋ํ ์ ์ ํฌ๊ธฐ ์ํฅ์ ๊ณ ์ฐฐํ
๊ณ ์ ํ๋ค.
2. ์ค ํ
๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง๋ NCA ์๊ทน๊ทนํ, ์ ํด์ง๋ก ์๊ทน์ ๊ธ์ ๋ฆฌํฌ ํธ์ผ
์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ์ํ์๋ค. NCA ์๊ทน๊ทนํ์ ์์ ์ฉ LiNi0.805Co0.15Al0.045O2
(NCA#1), LiNi0.815Co0.15Al0.035O2 (NCA#2) ์๊ทน์์ฌ์ super-P
black ๋ฐ polyvinylidene fluoride (PVdF, Mw: ~400,000, Sigma-
Aldrich)๋ฅผ 94 : 3 : 3์ ์ค๋๋น์จ๋ก N-methyl-2-purrolidone (NMP)
์ฉ๋งค์ ๋ถ์ฐ์์ผ ์ค๋นํ ์ฌ๋ฌ๋ฆฌ๋ฅผ ์ ์กฐํ์๋ค. ์ค๋นํ ์ฌ๋ฌ๋ฆฌ๋ ๋ฅ
ํฐ๋ธ๋ ์ด๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ฝ 20 ฮผm์ ๋๊ป๋ฅผ ๊ฐ๋ Al ํธ์ผ์ ๋ํฌํ์ฌ
120 oC์์ ๊ฑด์กฐ ํ ๋ํฌ ๋๊ป์ 80%๋ก ์์ฐฉํ์ฌ ๊ทนํ์ ์ ์ํ์ฌ
์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ทนํ์ CR2032 ์ฝ์ธ์ ์ฉ ํฌ๊ธฐ(2 cm2)๋ก ์ํ์ผ๋ก ํ
์นญํ์ฌ 120 oC์ ์ง๊ณต์ค๋ธ์์ 24์๊ฐ ๋์ ์ฌ์ฐจ ๊ฑด์กฐ๋ฅผ ์งํํ์๋ค.
์ ํด์ง์ 1.15M์ LiPF6/EC-DMC (3:7 vol%) ์ ๊ธฐ์ฉ๋งค๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๊ณ ,
์๊ทน๊ณผ ์๊ทน์ ๋จ๋ฝ์ ๋ฐฉ์งํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ํด๋ฆฌ์ํธ๋ (Polyethylene,
PE, W-SCOPE, Korea)์ ๋ถ๋ฆฌ๋ง์ผ๋ก ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์ ์ง์ ์ ์์
๋ชจ๋ ์๋ฅด๊ณค ๋ถ์๊ธฐ์ ๊ธ๋ฌ๋ธ ๋ฐ์ค ์์์ ์งํ๋์๋ค.
NCA ์๊ทน์์ฌ์ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ์ ํ๋ฉดํ์์ X-ray ํ์ ๋ถ์๋ฒ(X-ray
diffraction spectroscopy, XRD, D8 Discover with GADDS, Bruker
AXS)๊ณผ ์ ๊ณ๋ฐฉ์ถํ ์ฃผ์ฌํ๋ฏธ๊ฒฝ(Field-emission scanning electron
microscopy, FE-SEM, LEO-1530, Carl Zeiss)์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ถ์ํ
์๊ณ ์ ์๋ถํฌ ๋ฐ ์ ๊ธฐ์ ๋๋๋ ๋ถ์ฑ์ ํญ์ธก์ ์ฅ์น(HPRM-M2,
Han Tech.)์ ์ ๋๋ถ์๊ธฐ(Particle size analyzer, Mastersizer 3000)๋ฅผ
์ด์ฉํ์๋ค. ์ ์๋ ์ ์ง(CR2032)์ ์ํ์ ์์ ๋ฅํน์ฑ, ์ถฉ๋ฐฉ์ ํน์ฑ
๋ฑ ์ ๊ธฐํํ์ ์ธก์ ์ WonAtech์ฌ์ WBCS 3000 ์ถฉ๋ฐฉ์ ๊ธฐ๊ธฐ๋ฅผ
์ด์ฉํ์ฌ 0.1 C์์ ๊ฐ๊ฐ 2.8~4.5 V, 3.0~4.3 V์ ์ ์๋ฒ์์์ ์ธก
์ ํ์๋ค. ๋ํ ์ถฉ๋ฐฉ์ ์ฌ์ดํด์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ์ง์ ๋ด๋ถ์ ํญ ํน์ฑ์ ๊ต
๋ฅ์ํผ๋์ค(Metrohm Autolab, B. V., PGSTAT302N) ์คํํธ๋ผ์ผ
๋ก 10 mHz์์ 100 kHz๊น์ง์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์์์ 10 mV์ ์งํญ์ผ
๋ก OCV ์ ์์์ ์ธก์ ๋์์ผ๋ฉฐ ์ธก์ ๋ ๋ฐ์ดํฐ๋ NOVA ์ํํธ์จ
์ด(Metrohm Autolab B.V.)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ํผํ ํ์๋ค. ๋ชจ๋ ์ ๊ธฐํํ
์ ์ธก์ ์ 25 oC์์ ์งํ๋์๋ค. ๋ํ ์ฌ์ดํด ์งํํ์ ์ ์์ ํ
ํํ์ ๋ถ์์ ์ง์์ด์จ๋น(Focused ion beam, FIB, 1540 EsB,
CARL ZEISS)์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ถ์ํ์๋ค.
3. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
์ฌ์ฉํ NCA#1๊ณผ #2์ ํํํ์ ํน์ฑ์ FE-SEM์ผ๋ก ๋ถ์ํ์๊ณ
๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Fig. 1์ ๋ํ๋๋ค. Fig. 1์์ ๋ณด์ฌ์ค ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด NCA#1๊ณผ
NCA#2 ์ ์๋ ์์ 1์ฐจ ์ ์๋ค์ด ์๋ก ์์ง๋์ด 2์ฐจ ์ ์๋ก ์ด๋ฃจ
Fig. 1. FE-SEM images of commercial NCA powders; (a) and (c) are analyzed with NCA#1 at low and high magnifications. (b) and (d) are
analyzed with NCA#2 at low and high magnifications.
์์ฉ ๊ณ ์ฉ๋ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ฉ NCA ์๊ทนํ๋ฌผ์ง์ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ 165
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 55, No. 2, April, 2017
์ด์ ธ ์๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๊ณ NCA#1 ์ ์์ธ ๊ฒฝ์ฐ ์ฝ 5 ฮผm์
๊ท ์ผํ ๊ตฌํ์ 2์ฐจ์ ์๋ก, NCA#2์ธ ๊ฒฝ์ฐ๋ NCA#1๊ณผ ๋น์ทํ ์ฝ
5 ฮผm ํฌ๊ธฐ์ ์ ์์ ์ฝ 11 ฮผm์ ํฐ ์ ์๋ค์ด ํผํฉ๋์ด ์๋ ๊ฒ์
ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์ข ๋ ์์ธํ ์ ์ ๋ถํฌ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ ๋
๋ถํฌ๋๋ฅผ ์ธก์ ํ์๊ณ Fig. 2์์ NCA#1๊ณผ NCA#2์ ์ ๋๋ถํฌ ๊ฒฐ
๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. NCA#1์ ๋ถํผ์ 95% ์ด์์ด ์ฝ 5 ฮผm์ ์ ์๋ค
์ด ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๊ณ , NCA#2๋ 5 ฮผm ์ ๋์ ์ ์์ 11 ฮผm ์ ์๋ค๋ก
ํผํฉ๋์ด ๊ตฌ์ฑ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ ์ ํฌ๊ธฐ์
๋ชจ์์ ์ ๊ธฐ์ ๋๋์ ๋ฐ์ ํ ๊ด๊ณ๊ฐ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค. ๋ฐ
๋ผ์ ๋ค์ํ ์ ์ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ๋ NCA ์๊ทน์์ฌ์ ์ ๊ธฐ์ ๋๋ ํน์ฑ์
ํ์ธํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์๋ ฅ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ถ์ฑ์ ํญ์ ์ธก์ ํ์ฌ Fig. 3์ ๋ํ
๋ด์๋ค. ์ธก์ ํ ๊ฒฐ๊ณผ NCA#2 ๋ถ๋ง์ ์ ๊ธฐ์ ๋๋๋ NCA#1์ ๋นํด
๋๊ฒ ๋ํ๋ฌ๊ณ ์๋ ฅ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ ๊ธฐ์ ๋๋์ ์ฆ๊ฐ๋ ๋์ฑ ์
๋ช ํ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด๊ฒ์ ํฌ๊ณ ์์ ์ ์์ ํผํฉ์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ์๋ ฅ
์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ํฐ ์ ์๊ฐ์ ๊ธฐ๊ณต ์ฌ์ด๋ฅผ ์์ ์ ์๋ค์ด ์ฑ์์ค์ผ
๋ก์จ ์ ์๊ฐ์ ๋์ฑ ๊ธด๋ฐํ ์ ์ด์ ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ํ ๋ฐ
์ ํ ์ ์๊ฐ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ์ ์ ์ ๋ฌ์ด ๋์ฑ ์ฉ์ดํ์ฌ ์ ๊ทน ๋ด๋ถ์ ์
ํญ์ด ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ์์ํ ์ ์๋ค.
Fig. 4๋ NCA#1๊ณผ NCA#2 ๋ถ๋ง์ XRD ํจํด์ ๋ํ๋ด์๋ค.
NCA#1๊ณผ NCA#2 ๋ถ๋ง์ ๋ชจ๋ 2ฮธ๊ฐ 18.7o, 36.6o, 37.9o, 38.2o, 44.4o,
48.5o, 58.6o, 64.4o, 64.8o, 68.1o์์ ๊ฐ๊ฐ (003), (101), (006), (012),
(104), (015), (107), (018), (110), ๋ฐ (113) ๊ฒฐ์ ๋ฉด์ ํด๋นํ๋ ์ ํ
์ ์ธ R3m ๊ณต๊ฐ๊ทธ๋ฃน์ ๊ฐ๋ ์ธต์๊ตฌ์กฐ์ ฮฑ-NaFeO2 ํจํด์ผ๋ก ๋ํ
๋ฌ๋ค. XRD ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ํด ๊ณ์ฐ๋ a์ c ๊ฒฉ์์์์ ๊ฐ์ ํ1์ ๋ํ
๋ด์๋ค. ํฐ c/a ๊ฐ๊ณผ I(003)/I(104) ๊ฐ์ ๊ฒฐ์ ์ฑ์ด ์ฐ์ํจ๊ณผ ๋ณด๋ค ์ํธ
ํ ์ก๋ฐฉ์ ๊ณ(Hexagonal) ์ ๋ ฌ์ ์๋ฏธํ๋ฉฐ, Ni2+์ Li+์ด ๋์ฑ ๋ฌด์ง
์ํ๊ฒ ๋ฐฐ์ด๋จ์ ์๋ฏธํจ์ผ๋ก์จ ๋์ฑ ์ฐ์ํ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ์ ๊ธฐ
๋ํ ์ ์๋ค[18-20]. Table 1์์ ๋ํ๋ธ ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด NCA#2์ c/a
์ I(003)/I(104) ๊ฐ์ด ๊ฐ๊ฐ 4.9478๊ณผ 1.8515๋ก NCA#1์ ๋นํด ๋ชจ๋
ํฌ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด๋ ๋ํ NCA#2์ธ ๊ฒฝ์ฐ Ni2+์ Li+์ด NCA#1์
๋นํด ๋์ฑ ๋ฌด์ง์ํ๊ฒ ๋ฐฐ์ด๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋ฐ๋ผ์ NCA#2๋ฅผ
๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ ์๊ทน์์ฌ๋ก ํ์ฉํ์์ ๊ฒฝ์ฐ ๋์ฑ ์ฐ์ํ ์
๊ธฐํํ์ ํน์ฑ์ ๊ธฐ๋ํ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ NCA#2๋ NCA#1์ ๋นํด
a์ถ ๊ธธ์ด๊ฐ ์กฐ๊ธ ์ฆ๊ฐํ๊ณ c์ถ์ ์กฐ๊ธ ๊ฐ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ
์ ์ฒด ๋ถํผ๋ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
Fig. 5๋ NCA#1๊ณผ NCA#2 ์๊ทน์์ฌ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์
์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์๋ค. Fig. 5(a)๋ NCA#1๊ณผ NCA#2์
์ด๊ธฐ ์ฌ์ดํด์ CV ๊ณก์ ์ ๋ํ๋ด์๊ณ , Fig. 5(b)์ (c)๋ NCA#1๊ณผ
NCA#2์ ์ถฉ์ -๋ฐฉ์ ๊ณก์ ์ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ Fig. 5(d)๋ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋-์ฌ
์ดํด ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์๋ค. CV ํน์ฑ ๋ถ์์ 2.8~4.5 V์ ์ ์์์ญ๊ณผ
0.1 mV/s์ ์ฃผ์ฌ์๋์์ ์ธก์ ๋์๋ค. NCA#1๋ ์ฝ 3.84, 4.05, ๊ทธ
Fig. 2. Particle size distributions of NCA#1 and NCA#2 powders.
Fig. 3. Electrical conductivity with applied pressure for the NCA#1
and NCA#2 powders.
Fig. 4. XRD patterns of NCA#1 and NCA#2 powders.
Table 1. Structural and lattice parameters of NCA#1 and NCA#2 powders
SamplesMain Element (mol%)
a (ร ) c (ร ) V (ร 3) c/a I(003)/I(104)Ni Co Al
NCA#1 80.5 15.0 4.5 2.8708 14.1905 101.2884 4.9430 1.8308
NCA#2 81.5 15.0 3.5 2.8695 14.1980 101.2508 4.9478 1.8515
166 ๊น์๋ฏธ ยท ์ด๊ฐ์ ยท ๋๋ณ๊ธฐ ยท ์ ์๋ฌธ
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 55, No. 2, April, 2017
๋ฆฌ๊ณ 4.25 V ๋ฑ ์ธ ์์ญ์์ ์ฐํํผํฌ๊ฐ ๋ํ๋ฌ๊ณ ํ์ํผํฌ๋ ๊ฐ๊ฐ
3.62, 3.78, 4.11 V์์, NCA#2๋ 4.15์ 3.35 V์์ ๋์ ์ฐํํ
์ํผํฌ๊ฐ ๋ํ๋ฌ๋ค. I-I' ์ฐํํ์ํผํฌ๋ ์ก๋ฐฉ์ ๊ณ์์ ๋จ์ฌ์ ๊ณ
(Monoclinic) ๊ตฌ์กฐ๋ก ๋ณํ์ ์ํด ๋ํ๋๊ณ II-II'๋ ๋จ์ฌ์ ๊ณ์์
์ก๋ฐฉ์ ๊ณ ๊ตฌ์กฐ๋ก, III-III'๋ ์ก๋ฐฉ์ ๊ณ์์ ์ก๋ฐฉ์ ๊ณ ๊ตฌ์กฐ๋ก์ ๋ณํ์
์ํด ๋ํ๋๋ ํ์์ด๋ค[21]. ์ฐํํ์ํผํฌ๊ฐ ์ ๋ช ํ์ง ์๊ณ ๋๊ฒ
๋ํ๋ ์ด์ ๋ ์ ์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๋ค๋ฅธ NCA๋ ์ ํด์ก ์ค์ Li+์ด ์ ์
ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ผ 2์ฐจ ์ ์ ๋ด๋ถ๊น์ง์ ๋ฐ์ ์๋์ ๋ํ ์ฐจ์ด์ ์ํด
๋ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ํ NCA#2์ธ ๊ฒฝ์ฐ ํผํฌ์ ๋ฅ๋ฐ๋๊ฐ
NCA#1๋นํด ํฌ๊ฒ ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ ์ด๋ NCA#2์ ์ฉ๋์ด NCA#1์ ๋น
ํด ํด ๊ฒ์ผ๋ก ์์๋๋ค. Fig. 5(b)์ (c)๋ NCA#1๊ณผ NCA#2์ ์ถฉ
๋ฐฉ์ ๊ณก์ ์ ๋ํ๋ด์๋ค. NCA#1๊ณผ NCA#2๋ ์ด๊ธฐ ์ฌ์ดํด์ ๊ฐ๊ฐ
189.6๊ณผ 197.0 mAh/g์ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋์ ๋ํ๋ด์๊ณ , ์ฌ์ดํด์ด ์งํ๋จ
์ ๋ฐ๋ผ NCA#1์ NCA#2์ ๋นํด ์ฌํ ์ฉ๋๊ฐ์๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ผ
๋ฐ์ ์ผ๋ก Ni ํจ๋์ด ๋์์๋ก ๋์ ์ด๊ธฐ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋์ ๊ฐ์ง๋ง ์ฌ์ดํด
์ด ์งํ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฉ๋๊ฐ์๊ฐ ์ผ์ด๋๋ ๊ฒ์ด ํน์ง์ด๋ค[22].
ํ์ง๋ง ๋ณธ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์์๋ NCA#2 (Ni=0.815)๋ NCA#1 (Ni=0.805)์
๋นํด ์ฉ๋๊ฐ์๊ฐ ์ ์ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์ด๋ 5 ฮผm์ 11 ฮผm
ํฌ๊ธฐ์ ์ ์๋ค๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์ถฉ๋ฐฉ์ ์ด ๊ฑฐ๋ญ๋จ์ ๋ฐ๋ผ ์ ๊ทน๊ณผ Al ์ง์
์ฒด์ ๋ถ๋ฆฌ ๋๋ ์ ๊ทน ๋ถ๊ดดํ์์ ์ต์ ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Fig. 5(d)์์ NCA#1๊ณผ NCA#2์ ์ฌ์ดํด ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์๋ค.
NCA#2NCA#1์ ๋นํด ๋ชจ๋ ์ฌ์ดํด์์ ๋์ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋ ๊ฐ์ ๋ํ
๋ด์๊ณ 30๋ฒ์งธ ์ฌ์ดํด์ NCA#1๊ณผ NCA#2์ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋์ ๊ฐ๊ฐ
174.6 mAh/g์ 184.3 mAh/g์ผ๋ก ๋ฐฉ์ ์ฉ๋ ์ ์ง์จ์ ๊ฐ๊ฐ 92์
94%๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ NCA#2๋ NCA#1์ ๋นํด Ni ํจ๋์ด ๋
์์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ ์ฉ๋์ ์ง์จ์ด ๋๊ฒ ๋ํ๋ ๊ฒ์ ๋ ๊ฐ์ง ํฌ๊ธฐ๋ฅผ
๊ฐ๋ ์ ์์ ์ํฅ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
๊ต๋ฅ์ํผ๋์ค ๋ถ์๋ฒ์ ์ ์ง์ ์๊ทน/์๊ทน๊ณผ ์ ํด์ง ์ฌ์ด์์ ์ผ
์ด๋๋ ์ ๊ธฐํํ๋ฐ์์ ๋ฑ๊ฐํ๋ก์ ํํ๋ก ๋ชจํํํ์ฌ ํด์ํ๋
๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. ๊ต๋ฅ์ํผ๋์ค๋ ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ฃผ๊ธฐ์ ์ผ๋ก ๋ฐฉํฅ์ด ๋ณํ๋
๊ต๋ฅ ์ ์์ ์ธ๊ฐํ ๋ ์ ๋ฅ์ ์๋ต ํน์ฑ์ ํด์ํ์ฌ ์ ํญ(R)๊ณผ ์บ
ํจ์ํด์ค(C) ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ธ๋ํด์ค(L) ๋ฑ์ ์ธก์ ํ ์ ์๋ค. Fig. 6์ ์ถฉ
๋ฐฉ์ ์ (a)๊ณผ 30๋ฒ์งธ ์ฌ์ดํด ๋ฐฉ์ ํ (b)์ ์ํผ๋์ค ์คํํธ๋ผ์
๋ํ๋ด์๋ค. ์ธก์ ํ ์ํผ๋์ค ์คํํธ๋ผ์ Fig. 6์ ์ฝ์ ๋ ๋ฑ๊ฐํ
๋ก์ ๊ฐ์ด ๋ํ๋ผ ์ ์๋ค. ๋จผ์ ์ถฉ๋ฐฉ์ ์ ์ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ธ
๊ฒฝ์ฐ ๋์ ์ฃผํ์ ์์ญ์์ ํ ๊ฐ์ ๋ฐ์๊ณผ ๊ฒฝ์ฌ์ง ์ง์ ์ด ์ ์ฃผํ
์ ์์ญ์์ ๋ํ๋ฌ๋ค. Fig. 6(a)์ ์ฝ์ ๋ ๋ฑ๊ฐํ๋ก์ ๊ฐ์ด ์ถฉ๋ฐฉ์
์ ์ ์ํผ๋์ค ์คํํธ๋ผ์ ๋จผ์ ์ธ๋ถ์ ์ ํด์ง ์ ํญ(Rs), ๋ฐ์์ ํ
Fig. 5. Electrochemical performance of NCA#1 and NCA#2 electrodes used in lithium ion batteries. (a) Cyclic voltammograms after the first
cycle and the 30th cycle at a scan rate of 0.1 mV/s at 25 oC; charge-discharge curves of (b) NCA#1 and (c) NCA#2 with different
cycles; (d) cycling performance with cutoff voltage of 3.0~4.3 V at a current density of 0.1 C rate.
์์ฉ ๊ณ ์ฉ๋ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ฉ NCA ์๊ทนํ๋ฌผ์ง์ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ 167
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 55, No. 2, April, 2017
ํ๋ก ๋ํ๋๋ ์ ๊ทน ๋ฌผ์ง ๊ณ๋ฉด์์์ Li+ ์ฐํ/ํ์๋ฐ์์ ๋ํ๋ด๋
์ ํ์ ๋ฌ ์ ํญ(R2, R3)์ ์ ์๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ๋ด๋ถ๋ก์ ์ธต๊ฐ์ฝ์ ์ ์ํ
ํํ์ ํ์ฐ์ ํญ(RW
)๋ก ๊ตฌ์ฑํ ์ ์๋ค. ๋ณธ ์คํ์์๋ ์ฌ์ฉํ ์
๊ทน์์ฌ๊ฐ 1์ฐจ ์ ์๋ค์ด ์๋ก ์์งํ์ฌ 2์ฐจ ์ ์๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์์ผ๋ฏ๋ก
1์ฐจ ์ ์์ 2์ฐจ ์ ์์ ์ ํ์ ๋ฌ ์ ํญ์ ๊ตฌ๋ถํ์ฌ R2๊ณผ R3๋ก ๊ตฌ๋ถ
ํ์ฌ ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ์๋ค. ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ ํ ์ด๋ฅผ ์ธก์ ํ
์ํผ๋์ค ์คํํธ๋ผ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น์ ํ ์ต์ ์์น๋ฒ(Non-linear least
square fitting)์ ํตํด ์ป์ ๊ฐ๊ฐ์ ์ ํญ ๊ฐ์ Table 2์ ๋ํ๋ด์๋ค.
NCA#1๊ณผ NCA#2์ Rs๋ 2.72 ฮฉ๊ณผ 2.01 ฮฉ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๊ณ , R2+R3๋
NCA#2๊ฐ 239.8 ฮฉ์ผ๋ก NCA#1์ ๋นํด ์๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด๋ NCA#2์
๊ฐ์ด ํฐ ์ ์์ ์์ ์ ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํจ์ผ๋ก์จ NCA ์๊ทน์์ฌ๊ฐ ๋์ฑ
๋ฉด๋ฐํ ์ ์ด์ ์ํด ์ ๊ทน์์์ ์ ์์ ์ ๋ฌ์ ๋์ฑ ์ฉ์ดํ๊ฒ ํ์ฌ
๋ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค. 30๋ฒ์งธ ๋ฐฉ์ ํ ์ธก์ ํ ์ํผ๋์ค ์คํํธ๋ผ์
Fig. 6(b)์ ์ฝ์ ๋ ๋ฑ๊ฐํ๋ก์ ๊ฐ์ด ๊ตฌ์ฑํ์๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ R1์ ๋ด๋ถ
์ ๊ทน ์ ์ํ๋ฉด์ ์์ฑ๋๋ SEI (Solid electrolyte interphase)์์์
์ ํ์ ๋ฌ์ ํด๋นํ๋ ํ๋ฆ์ ํญ์ด๋ค. 30๋ฒ์งธ ๋ฐฉ์ ํ์๋ ๊ณ ์ฃผํ์
์์ ์ค๊ฐ ์ฃผํ์ ์์ญ์์ ๋ ๊ฐ์ ๋ฐ์๊ณผ ์ ์ฃผํ์ ์์ญ์์ ๊ฒฝ
์ฌ์ง ์ง์ ์ด ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋ฐฉ์ ํ์ ์ํผ๋์ค ์คํํธ๋ผ ํผํ ๊ฐ์ ๋ณด
๋ฉด R3์ NCA#1์ด 4.55 ฮฉ, NCA#2๊ฐ 2.98 ฮฉ์ผ๋ก ๋ํ๋ด์๋ค. ๋ฐ
๋ฉด์ R1+R2๋ NCA#1์ ๋นํด NCA#2๊ฐ ํจ์ฌ ์์ ๊ฐ์ ๋ํ๋ด์
๋ค. ์ด๋ NCA#2์ ํฐ ์ ์์ ์์ ์ ์์ ํผํฉํจ๊ณผ๋ก ์ธํ์ฌ ์ ๊ทน
๋ด์์์ ์ ํ์ ์ด๋์ด ํจ์ฌ ์ฉ์ดํ์ฌ ๋ํ๋ ํ์์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
์ถฉ๋ฐฉ์ ์ฌ์ดํด์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ๊ทน์ ํํํ์ ํน์ฑ์ ์ถฉ๋ฐฉ์ ์ ๊ณผ ํ์
FE-SEM ์ด๋ฏธ์ง ๋ฐ FIB๋ฅผ ์ด์ฉํด ๋ถ์๋์๋ค. Fig. 7(a)~(d)๋ ์ถฉ
๋ฐฉ์ ํ๊ธฐ ์ ๊ณผ 100๋ฒ์งธ ๋ฐฉ์ ์ ํ์ NCA#1๊ณผ NCA#2 ์ ๊ทน์
FE-SEM ๋จ๋ฉด ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๋ํ๋ด์๊ณ , Fig. 7(e)~(f)๋ ์ถฉ๋ฐฉ์ ์ ๊ณผ
100๋ฒ์งธ ๋ฐฉ์ ์ ํ ์ ๊ทน์ FIB ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. NCA#1์ ์ฌ
์ดํด ์งํํ ํ ์ ๊ทน์ ๋จ๋ฉด ์ด๋ฏธ์ง(Fig. 7(b))์์์ ๊ฐ์ด ์ ์๋ค์
Fig. 6. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of NCA#1 and
NCA#2 electrode used in lithium ion batteries (a) before the
electrochemical test and (b) after the 30th cycle at discharge
state. The frequency range from 100 MHz to 0.5 mHz with
an input signal amplitude of 10 mV.
Table 2. Resistance values obtained from equivalent circuit fitting of experimental data for NCA#1 and NCA#2
Samples Rs (ฮฉ) R1 (ฮฉ) R2 (ฮฉ) R3 (ฮฉ) Z
W (mMho)
NCA#1-Fresh 2.72 / 91 201 1.84
NCA#2-Fresh 2.01 / 33 207 4.91
NCA#1-10cycles 3.60 4.55 202 375 120
NCA#2-10cycles 3.42 2.98 158 198 110
Fig. 7. Cross-sectional FE-SEM images of the electrodes; (a) fresh
NCA#1, (b) NCA#1 after the 100th cycle at discharge state,
(c) fresh NCA#2 and (d) NCA#2 after the 100th cycle at dis-
charge state. Cross-sectional focused ion beam generated
images of the electrodes; (e) fresh NCA#1, (f) NCA#1 after
the 100th cycle at discharge state, (g) fresh NCA#2 and (h)
NCA#2 after the 100th cycle at discharge state.
168 ๊น์๋ฏธ ยท ์ด๊ฐ์ ยท ๋๋ณ๊ธฐ ยท ์ ์๋ฌธ
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 55, No. 2, April, 2017
๋ถํผ๋ณํ๋ก ์ธํด ์ฌ์ดํด ์งํํ๊ธฐ ์ ์ ๋จ๋ฉด ์ด๋ฏธ์ง์ ๋นํด ์ ์๋ค
๊ฐ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ์ ๋ช ํ๊ฒ ๊ฐ์๋์๊ณ ์ ๊ทน์ ๋ถํผ ๋ํ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ผ๋ก
๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ NCA#2๋ ์ฌ์ดํด ์งํ ํ(Fig. 7(d)) ๋น๋ก ์ ์์
๋ถํผ๋ณํ๋ ์กฐ๊ธ ์ผ์ด๋ฌ์ผ๋ ์ ๊ทน์ ๋ถํผ๋ณํ๋ ๊ฑฐ์ ์ผ์ด๋์ง ์์
๊ฒ์ ์ ์ ์์๋ค. Fig. 7(e)~(h)๋ ์ฌ์ดํด ์ ํ์ ์ ์ ๋ด๋ถ์ ํ
ํํ์ ๋ถ์์ ์ํด ์ธก์ ํ FIB ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. NCA#1๊ณผ NCA#2 ๋ชจ๋
์ฌ์ดํด ์งํ ์ ์ ๋นํด ์ฌ์ดํด ์งํํ ํ์ ์ ์์ ๋ด๋ถ์ ํฌ๋์ด
๋ฐ์ํ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ๋ํ NCA#1๋ ์ฌ์ดํด ์งํํ๊ธฐ ์ ์
๋นํด ์ ์์ ์ฑ์ฅ์ ํ์ธํ ์ ์๊ณ ์ ๊ทน์ ๋ถ๊ท ์ผํ ๋จ๋ฉด์ ๋ํ
๋ด์๋ค. ๋ฐ๋ฉด์ NCA#2์ธ ๊ฒฝ์ฐ, ์ ์์ ๋ด๋ถ์ ํฌ๋์ด ๋ฐ์ํ ๊ฒ์ผ
๋ก ๋ํ๋ฌ์ผ๋ ์ ๊ทน์ ๋จ๋ฉด์ ๊ฑฐ์ ๋ณํ๊ฐ ์์์ ์ ์ ์๋ค. ์ด๋
์์ FE-SEM ์ด๋ฏธ์ง์์ ์ค๋ช ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์ ์์ ๋ค์ํ ํฌ๊ธฐ์
๋ํ ์ํฅ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ NCA#2์ ๊ฐ์ ๋ค์ํ ์ ์ํฌ๊ธฐ๋ฅผ
๊ฐ์ ์๊ทน์์ฌ๋ฅผ ์ด์ฉํ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์ฌ์ดํด ํน์ฑ ๋ฐ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ
์ด ์ฐ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
์ฝ 5 ฮผm์ ๊ท ์ผํ ๊ตฌํ์ NCA#1๊ณผ ์ฝ 5 ฮผm์ 11 ฮผm์ ์ ์๊ฐ
ํผํฉ๋ NCA#2๋ฅผ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ ์๊ทน์์ฌ๋ก ์์ฉํ์ฌ ์ ์ง
๋ฅผ ์กฐ๋ฆฝํ๊ณ ์ด์ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ์๋ค. ์ถฉ๋ฐฉ์ ํน์ฑ ์ธก
์ ๊ฒฐ๊ณผ NCA#1๊ณผ NCA#2๋ ์ด๊ธฐ ์ฌ์ดํด์ ๊ฐ๊ฐ 189.6๊ณผ 197.0
mAh/g์ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋์ ๋ํ๋ด์๊ณ , 30๋ฒ์งธ ์ฌ์ดํด ํ์ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋์
๊ฐ๊ฐ 174.6 mAh/g์ 184.3 mAh/g์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ฐฉ์ ์ฉ๋
์ ์ง์จ์ 30 ์ฌ์ดํด์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๊ฐ๊ฐ 92์ 94%๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋ฐ๋ผ
์ NCA#2๋ NCA#1์ ๋นํด Ni ํจ๋์ด ๋์์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ ์ฉ๋์
์ง์จ์ด ๋๊ฒ ๋ํ๋ ๊ฒ์ ๋ ๊ฐ์ง ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ๋ ์ ์๋ฅผ ์ด์ฉํจ์ผ๋ก
์จ ์ ๊ทน ๋ด์์์ ์ ํ์ ์ด๋์ด ํจ์ฌ ์ฉ์ดํ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์ ๊ทน์
๋ถํผ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์ต์ ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ด๋ ๋ํ ์ํผ๋์ค ์คํ
ํธ๋ผ์์๋ ์ฆ๋ช ๋์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ค์ํ ์ ์ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ์ ์๊ทน์์ฌ
๋ฅผ ์ด์ฉํจ์ผ๋ก์จ ์ฌ์ดํด ์๋ช ํน์ฑ์ ํฅ์ํ๋ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๊ธฐ๋ํ ์
์๋ค.
๊ฐ ์ฌ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ฐ์ ํต์์์๋ถ ๋ฐ ํ๊ตญ์ฐ์ ๊ธฐ์ ํ๊ฐ๊ด๋ฆฌ์์ ๊ฒฝ์ ํ
๋ ฅ๊ถ์ฐ์ ์ก์ฑ์ฌ์ (๋น์ฆ๋์คํ๋ ฅํ R&D)์ ์ผํ์ผ๋ก ์ํํ์์
[R0004144].
References
1. Kang, K. Y., Choi, M. G., Lee, Y. G. and Kim, K. M., โPhase Change
of Nanorod-Clustered MnO2 by Hydrothermal Reaction Conditions
and the Lithium-ion Battery Cathode Properties of LiMn2O4 Pre-
pared from the MnO2,โ Korean Chem. Eng. Res., 49(5), 541-547
(2011).
2. Lee, H. Y. and Lee, J. D., โElectrochemical Performance on the
H3BO3 Treated Soft Carbon modified from PFO as Anode Mate-
rial,โ Korean Chem. Eng. Res., 54(6), 746-752(2016).
3. Wu, B., Wang, J., Li, J., Lin, W., Hu, H., Wang, F., Zhao, S., Gan,
C. and Zhao, J., โMorphology Controllable Synthesis and Elec-
trochemical Performance of LiCoO2 for Lithium-ion Batteries,โ
Electrochim. Acta, 209, 315-322(2016).
4. Vu, D. L. and Lee, J. W., โProperties of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 as
a High Energy Cathode Material for Lithium-ion Batteries,โ
Korean J. Chem. Eng., 33(2), 514-526(2016).
5. Hua, W., Zhang, J., Zheng, Z., Liu, W., Peng, X., Guo, X. D., Zhong,
B., Wang, Y. J. and Wang, X., โNa-doped Ni-rich LiNi0.5Co0.2
Mn0.3O2 Cathode Material with Both High Rate Capability and
High Tap Density for Lithium Ion Batteries,โ Dalton Trans., 43,
14824-14832(2014).
6. Nitta, N., Wu, F., Lee, J. T. and Yushin, G., โLi-ion Battery Mate-
rials: Present and Future,โ Materials Today, 18, 252-264(2015).
7. Liu, J., Wang, S., Ding, Z., Zhou, R., Xia, Q. J., Chen, L., Wei,
W. and Wang, P., โThe Effect of Boron Doping on Structure and
Electrochemical Performance of Lithium-Rich Layered Oxide
Materials,โ ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 18008-18017(2016).
8. Choo, S., Kim, H. Y., Yoon, D. Y., Choi, W., Oh, S. H., Ju, J. B.,
Ko, J. M., Jang, H. and Cho, W. I., โElectrochemical Properties
of Co-less Layered Transition Metal Oxide as High Energy Cathode
Material for Li-ion Batteries,โ J. Korean Electrochem. Soc., 31,
905-910(2014).
9. Conry, T. E., Mehta, A., Cabana, J. and Doeff, M. M., โStructural
Underpinnings of the Enhanced Cycling Stability upon Al-Substitu-
tion in LiNi0.45Mn0.45Co0.1-yAlyO2 Positive Electrode Materials
for Li-ion Batteries,โ Chem. Mater., 24, 3307-3317(2012).
10. Lim, S. N., Ahn, W., Yeon, S. H. and Park, S. B., โEnhanced
Elevated-temperature Performance of Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 Elec-
trodes Coated with Li2O-2B2O3 Glass,โ Electrochim. Acta, 136,
1-9(2014).
11. Lee, D. J., Scrosati, B. and Sun, Y. K., โNi3(PO4)2-coated Li[Ni0.8
Co0.15Al0.05]O2 Lithium Battery Electrode with Improved Cycling
Performance at 55 oC,โ J. Power Sources, 196, 7742-7746(2011).
12. Lee, S. H., Yoon, C. S., Amine, K. and Sun, Y. K., โImprovement
of Long-term Cycling Performance of Li[Ni0.8Co0.15Al0.05]O2 by
AlF3 Coating,โ J. Power Sources, 234, 201-207(2013).
13. Liu, W., Hu, G., Du, K., Peng, Z. and Cao, Y., โSurface Coating
of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 with LiCoO2 by a Molten Salt Method,โ
Surface & Coatings Technology, 216, 267-272(2013).
14. Kang, S. H., Kim, J., Stoll, M. E., Abraham, D., Sun, Y. K. and
Amine, K., โLayered Li(Ni0.5-xMn0.5-xM2x')O2 (M'=Co, Al, Ti; x=0,
0.025) Cathode Materials for Li-ion Rechargeable Batteries,โ J.
Power Sources, 112, 41-48(2002).
15. Santhanam, R. and Rambabu, B., โHigh Rate Cycling Performance
of Li1.05Ni1/3Co1/3Mn1/3O2 Materials Prepared by Sol-gel and Co-
precipitation Methods for Lithium-ion Batteries,โ J. Power Sources,
195, 4313-4317(2010).
16. Chang, Z. R., Chen, Z. J., Wu, F., Tang, H. W. and Zhu, Z. H.,
โSynthesis of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 Cathode Material by Eutectic
Molten Salt LiOH-LiNO3,โ Acta Phys. Chim. Sin., 24, 513-519
(2008).
17. Chang, Z., Chen, Z., Wu, F., Yuan, X. Z. and Wang, H., โThe
Synthesis of Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 Using Eutectic Mixed Lith-
ium Salt LiNO3-LiOH,โ Electrochim. Acta, 54, 6529-6535(2009).
18. Dahn, J. R., Sacken, U. V., Michal, C. A., โStructure and Elec-
trochemistry of Li1ยฑyNiO2 and a New Li2NiO2 Phase with the
Ni(OH)2 Structure,โ Solid State Ionics, 44, 87-97(1990).
19. Reimers, J. N., Rossen, E., Jones, C. D. and Dahn, J. R., โStructure
and Electrochemistry of LixFeyNi1-yO2,โ Solid State Ionics, 61,
์์ฉ ๊ณ ์ฉ๋ ๋ฆฌํฌ์ด์จ์ด์ฐจ์ ์ง์ฉ NCA ์๊ทนํ๋ฌผ์ง์ ์ ๊ธฐํํ์ ํน์ฑ 169
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 55, No. 2, April, 2017
335-344(1993).
20. Wu, K., Wang, F., Gao, L., Li, M. R., Xiao, L., Zhao, L., Hu, S.,
Wang, X., Xu, Z. and Wu, Q., โEffect of Precursor and Synthe-
sis Temperature on the Structural and Electrochemical Proper-
ties of Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2,โ Electrochim. Acta, 75, 393-398(2012).
21. Li, W., Reimers, J. N. and Dahn, J. R., โIn situ x-ray Diffraction
and Electrochemical Studies of Li1-xNiO2,โ Solid State Ionics,
67, 123-130(1993).
22. Makimura, Y., Sasaki, T., Nanaka, T., Nishimura, Y. F., Uyama,
T., Okuda, C., Itou, Y. and Takeuchi, Y., โFactors Affecting Cycling
Life of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 for Lithium-ion Batteries,โ J. Mater.
Chem. A, 4, 8350-8358(2016).