::WPM 고성능 이차전지소재 사업단::

사업단 소식 / 시장정보 / 기술정보 / 원자재가격동향 / 주요일정 / 다시보기

기술정보

[엘앤에프]용액 증발 공정 적용을 통한 LiNi0.8Co0.15Mn0.05O2의 외부층 재구성 효과

Figure 1. Comparison of (a) charge-discharge characteristics at the first cycle and (b) dQ/dV plot of pristine NCM and NCMs subjected to solvent evaporation.

Figure 2. Comparison of (a) rate capabilities and (b) cycling performances of pristine NCM and NCMs subjected to solvent evaporation.

Figure 3. Rietveld refinement results calculated from the XRD data of various samples (a)pristine NCM, (b)acid-treated, (c)water-treated and (d)re-heated samples.

Table1. Rietveld analysis results for the pristine NCM and NCM samples subjected to solvent evaporation

Table 2. Concentration of Li residuals in the pristine NCM and NCM samples subjected to solvent evaporation.

Figure 4. SEM images of (a)pristine, (b)acid-evap
orated NCM, and (c)water-evaporated NCM. HRTEM images of (d,e)pristine NCM, (f,g)acid-eva
poration and (h,i)water-evaporation NCM.

Figure 5. Auger maps showing the qualitative distribution of Li, C, O, and Ni, (a-e)pristine and (f-j)acid-evaporated NCM. (k)Schematic description of the solvent evaporation process

Title : Re-construction layer effect of LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂ with solvent evaporation process
(Scientific Reports 7, 2017 DOI: 10.1038/srep44557)

Samsung Advanced Institute of Technology(SAIT)는 Nich-rich NCM(80:15:5)을 두 종류의 용매(water, nitric acid)를 사용하여 증발 후처리를 적용, 구조적 재배열을 통한 잔류 리튬 제어와 전기화학적 특성을 향상시키는 방법을 Scientific Reports에 발표하였다.

NCM(80:15:5)을 co-precipitation 방법을 적용하여 제작하였으며, 제작된 NCM을 두 종류의 용매 water, nitric acid(water : nitric acid = 9 : 1)를 사용하여 5분간 교반을 진행하였으며 이때 여과공정을 거치지 않고, 120 ℃에서 증발 건조한 뒤 700 ℃, 5 h, O₂ 조건 하에 후 열처리 과정을 통하여 각각의 water-treated and acid-treated NCM powder를 제조하였다.

초기 방전용량 측정 결과에 따르면 pristine(207.42 mAh/g) 대비 acid-treated sample(214.34 mAh/g) 향상된 값을 보이며, dQ/dV 결과에 의해서 acid 처리되었을 때 전기전도도가 향상됨을 확인하였다. 율 특성 평가 결과에 따르면 모든 처리된 sample이 pristine 대비 높은 율 특성을 보임을 확인하였다. 잔류 리튬이 줄어듦에 따른 결과에 따른 것으로 판단하였다. 상온 수명평가에서 50cycle 이후 pristine (90.6%), acid-treated (96.3%), water-treated (95.06%), HT-pristine (93.54%) 용량 유지율을 보였으며, acid treated NCM이 모든 전기화학 측면이 향상됨을 보고하였다.

잔류리튬 측정 결과 후처리된 물질 모두 pristine 대비 40% 정도의 잔류 리튬 제어 효과를 얻었다. 용액 처리에 의해 녹아 나온 Ni이 산소 조건 후열 처리과정에서 Li2O와 반응하여 LiNiO₂ 생성물을 형성하고 또한 표면의 cation mixing된 Ni이 녹아 나오면서 Li 층에 Li이 다시 구조 재배치를 함으로써 잔류 리튬 농도가 줄어드는 것을 설명하고 있다.

표면 형상을 확인하기 위해 SEM, HRTEM 분석을 진행 SEM 분석을 통해 표면형상의 변화를 확인하였으며 후처리 된 NCM sample의 표면은 깨끗한 것에 반하여 pristine 표면에는 island type의 입자들이 붙어있음을 확인하였고, 이를 잔류 리튬화합물이라 보고하였다. TEM 분석 결과 pristine sample은 10nm의 막으로 덮여있음과 달리 후 처리된 NCM sample은 2nm의 비교적 얇은 막이 덮여있음을 보여 주고 있다.

두 종류의(water, nitric acid) 용매 증발 후처리 과정을 적용하여 산에 의한 구조 재배열 통하여 Ni-rich NCM이 가지는 잔존 리튬에 관한 성능 저하를 개선하는 결과를 얻었으며, 단순히 water로 후처리를 진행하는 과정보다 water+nitric aicd(9:1) 비율의 용액을 사용하여 후처리를 진행하였을 때의 초기 방전용량 및 수명 유지율이 향상되고 그 결과 Ni-rich NCM이 가진 전기화학적 성능을 개선됨을 보고하였다.

[KIST] in-situ TEM 을 이용하여 carbon coated Si의 lithiation mechanism 연구

Figure 1. (c) rate capacity of Si/C-750 measured at current densities ranging 0.1-4.0 A g^-1 along with cyclic stability for another 200 cycles at 4.0 A g^-1 and galvanostatic charge/discharge voltage profiles at different current densities in inset.

Figure 2. Time-resolved TEM images of uncoated Si (a)-(d) and Si/C (e)-(h) particles during lithiation. The uncoated Si in (a) and Si/C particles in (e) are designated as #1,#2 and #3, respectively. The white arrows in (b) and (g) refer to bump-shaped LixSi and faceted Si, and the red arrows in (c),(d) and (g),(h) correspond to cracks

Figure 3. (g) plots of thickness of lithiation product vs time for the uncoated Si and Si/C particles, the red arrows indicate the crack initiation.

- Title: Study of lithiation mechanisms of high performance carbon-coated Si anodes by in-situ microscopy

-홍콩대학교와 중국 장저대학교 연구팀은 Silicon 분말, PVDF, NMP를 혼합하여 슬러리를 만들고, 추가 바인더와 도전재 없이 그 슬러리를 바로 구리호일에 캐스팅 한 후 열처리하는 one-pot carbonization 방법으로 Carbon coated Si(Si/C) composite 을 합성하였다. Si/C 전극은 50 사이클 동안 0.5A g-1에서 2003 mAh g^-1의 높은 용량을 보였고, 4 A g^-1 로 속도를 높여도 200 사이클 동안 약 750 mAh g^-1 의 용량 유지를 보였다.(Figure 1)

- Si/C composite과 uncoated Si의 in-situ TEM 분석을 통하여 cracking mechanism과 carbon coating 의 역할을 밝혀냈다. Uncoated Silicon의 경우 lithiation할 때 anisotropic 반응을 나타났고 (Figure 2b), 이후 crack 이 생기고 pulverization 까지 일어났다. 그러나 Si/C composite 의 경우 초기에 isotropic lithiation이 일어나며, lithiation이 계속 되면 uncoated Si 과 같이 anisotropic 반응으로 변하고 crack 도 생기게 되나, pulverization 되지는 않았는데, 이는 carbon coating 이 축적된 stress를 감소했기 때문이라고 설명하고 있다.

- 같은 Silicon 사이즈에서 완전 충전까지 Si/C composite은 약 80초, uncoated Si은 370 초로 코팅한 경우 코팅하지 않은 silicon 보다 3-4.5배 빠른 충전속도를 나타내었다.(Figure 3)

자료출처: Energy Storage Materials 3 (2016) 45-54

본 메일은 발신전용입니다. 문의사항은 eunmi.kang@samsung.com으로 문의하십시오.