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Clean Technology, Vol.18, No.2, 177-182, June, 2012
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질소도핑 메조다공성 산화티타늄 나노입자의 합성 및 리튬이온전지 음극재로의 적용
Synthesis and Electrochemical Properties of Nitrogen Doped Mesoporous TiO2 Nanoparticles as Anode Materials for Lithium-ion Batteries
윤태관, 배재영, 박성수1, 원용선2, †
  • 계명대학교 자연과학대학 화학과, 704-701 대구광역시 달서구 달구벌대로 2800
  • 1삼성SDI주식회사 중앙연구소, 446-577 경기도 용인시 기흥구 공세동 428-5
  • 2부경대학교 화학공학과, 608-739 부산광역시 남구 용당동 산 100
Tae Kwan Yun, Jae Young Bae, Sung Soo Park1, and Yong Sun Won2, †
  • Department of Chemistry, Keimyung University, 2800, Dalgubeol-daero, Dalseo-gu, Daegu 704-701, Republic of Korea
  • 1Corporate R&D Center, Samsung SDI Co., Ltd., 428-5, Gongse-dong, Giheung-gu, Gyunggi-do 446-577, Republic of Korea
  • 2Department of Chemical Engineering, Pukyong National University, San 100, Yongdang-dong, Nam-gu, Busan 608-739, Republic of Korea
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초록
Tri-block copolymer를 유연 템플레이트로 사용한 수열합성법에 의해 메조다공성 아나타제상 TiO2 나노입자를 합성하였다. 합성된 TiO2 재료는 230 m2/g의 매우 큰 표면적을 가졌으며 6.8 nm의 기공크기와 0.404 mL/g의 기공부피를 보였다. 리튬이온전지 음극재로서의 가능성을 확인하기 위해 코인셀 테스트를 실시하였는데 0.1 C에서 240 mAh/g의 방전 용량을 얻었으며 이는 LTO (Li4Ti5O12)의 이론 방전 용량인 175 mAh/g 보다 훨씬 큰 값이었다. 비록 C-rate가 증가함에 따라 용량이 감소하는 모습을 보였으나 메조다공성 TiO2 재료는 리튬 이온이 침투할 수 있는 큰 표면적을 제공할 수 있다는 면에서 여전히 리튬이온전지의 음극재로서 가능성이 있다. 추가적으로 질소를 도핑하여 TiO2 framework 내의 전자 이동을 향상시킴으로써 C-rate 증가에 따른 용량 감소를 일부 제어할 수 있음을 확인하였다.
Mesoporous anatase TiO2 nanoparticles have been synthesized by a hydrothermal method using a tri-block copolymer as a soft template. The resulting TiO2 materials have a high specific surface area of 230 m2/g, a predominant pore size of 6.8 nm and a pore volume of 0.404 mL/g. The electrochemical properties of mesoporous anatase TiO2 for lithium ion battery (LIB) anode materials have been investigated by typical coin cell tests. The initial discharge capacity of these materials is 240 mAh/g, significantly higher than the theoretical capacity (175 mAh/g) of LTO (Li4Ti5O12). Although the discharge capacity decreases with the C-rate increase, the mesoporous TiO2 is very promising for LIB anode because the surface for the Li insertion is presented significantly with mesopores. Nitrogen doping has a certain effect to control the capacity decrease by improving the electron transport in TiO2 framework.
Keywords:Hydrothermal method;Mesoporous TiO2;Lithium ion battery;Anode material
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