| 초록 |
고성능을 가지면서 부피가 작고 가벼운 리튬 이온 이차전지 양극재료에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있지만 충방전시 전극으로 유입되는 리튬에 의한 부피팽창과 이로 인한 전극의 변형과 파괴가 양극재료의 신뢰성에 큰 문제가 되고 있다. 따라서, 이차전지의 신뢰성을 향상 시키기 위하여 전지의 양극 소재의 물질 선택과 이에 따른 전지의 성능 평가에 관한 연구가 필요하다. 리튬 이온 이차전지에 사용되는 전극 물질 중 양극재료 후보인 LiNiCoMnO2 (NCM)은 상용화된 LiCoO2에 비해 가격이 낮고 전기화학적 및 기계적 특성이 향상된 양극재료라 각광을 받고 있다. 다 원소로 구성된 NCM 양극재료는 그 조성에 따라 전기화학적 및 구조적 안정성이 다르다고 알려져 있고 따라서 각 조성에 따른 NCM의 성능 평가가 필요하다. 본 연구에서는 컴비나토리얼 방식을 이용하여 다양한 조성을 가지는 양극 재료 (NCM)를 형성한 후 각 조성별로 충방전 성능과 기계적 강도를 측정하였다. co-sputter deposition을 사용하여 1um 두께의 박막 NCM 을 bare Si 웨이퍼 기판 위에 증착하였다. LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2 타겟을 일정한 간격과 각도를 가지게 co-sputtering 장비 안에 설치하여 증착시 중앙에 위치한 Si 웨이퍼 기판에 자연스러운 concentration gradient가 형성되도록 시스템을 구축하였다. 조성별 NCM 양극 재료와 리튬 포일, 전해질(ED:DEC 1:1, 1M LiPF6) 분리막을 이용하여 half-cell 전지들을 제작하였고, 충방전 전후 양극 재료의 기계적 특성을 나노인텐터를 이용하여 평가하였다. Co-rich, Ni-rich, Mn-rich 조성에서는 충방전 전 강도가 각각 8.5GPa, 12GPa, 11.5GPa로, 충방전 후 강도는 Co-rich, Ni-rich 조성에서 2~3GPa, Mn-rich 조성에서 5GPa로 측정되었다. Mn 함량이 15~55%인 조성에서 충방전에 따른 기계적 특성 저하가 제일 낮은 것으로 평가되어 기계적 안정성이 가장 뛰어난 NCM 조성으로 판단되었다. |
