| 초록 |
현재 휴대용 전자기기나 전기자동차 등에 사용되고 있는 리튬 이온 배터리의 수요가 급증함에 따라 높은 용량과 긴 수명을 갖는 고성능 에너지 저장 장치 개발이 필수적이다. 실리콘 기반 활물질은 높은 이론 용량을 갖기 때문에 차세대 음극재로 주목받고 있지만 충방전 시 300% 이상 부피가 팽창하여 구조가 붕괴되고 불안정한 SEI가 형성되어 용량이 급감한다는 단점을 가지고 있다. 이러한 실리콘 기반 음극재의 단점을 해결하기 위해 다공성, 코어-쉘, 요크-쉘 등 다양한 구조를 적용하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 요크-쉘 구조를 갖는 SiO2@N,P doped carbon을 합성하기 위해 먼저 Stober 법을 통해 구형 실리카를 제조하고 수열합성 및 열중합을 통해 폴리피롤을 표면에 코팅하였다. 그 후 아르곤 분위기에서 하이포아인산나트륨과 함께 열처리함으로써 쉘의 탄화와 인 도핑을 동시에 진행하고, 묽은 불산으로 실리카 코어를 부분적으로 식각하여 최종적으로 요크-쉘 구조를 얻었다. SEM, TEM, FT-IR, RAMAN 분석을 통해 요크-쉘 구조와 질소, 인 도핑을 확인하였으며, 1 M LiPF6(EC:DEC=1:1 vol%) 및 10 vol% FEC 전해액에서 리튬 이온 배터리의 충방전, 사이클, 율속 테스트를 통해 705 mAh g-1의 높은 용량과 300 사이클 이상의 우수한 안정성을 확인하였다. |
