Cr 치환을 이용한 고전압용 양극 활물질 LiNi0.5Mn1.5O4의 구조와 전기화학적 성능의 개선
Improvement of Structure and Electrochemical Properties of LiNi0.5Mn1.5O4 for High Voltage Class Cathode Material by Cr Substitution
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초록
고전압 용 양극산화물 LiNi0.5Mn1.5O4는 고온에서 합성 시, 입자 내에 산소결함에 의한 불순물상을 만들게 된다. 불순물상은 불완전한 스피넬 구조를 형성하며 리튬이온의 삽입·탈리를 방해하여 전극의 성능을 감소시킨다. 본 연구에서는 고온 열처리 시 생성되는 이러한 불순물상의 거동을 파악하기 위해 크롬을 치환한 LiNi0.5-xMn1.5CrxO4 (0≤x≤0.05)를 졸·겔법을 이용하여 합성하여 고온 열분석을 실시하였다. 열분석 결과 크롬이 치환되지 않은 양극활물질은 산소결함에 의한 2%의 무게 감소를 보였으나, 크롬이 치환된 경우 무게 감소분이 줄어들어 불순물 생성이 억제됨을 알 수 있었다. XRD분석에서도 크롬이 치환된 경우 불순물 상이 억제됨을 나타내었으며 불순물상의 감소로 인해 크롬을 첨가한 양극활물질 LiNi0.5-xMn1.5CrxO4를 사용한 경우 충·방전 실험 시 가역 용량과 싸이클 안정성이 향상됨을 볼 수 있었다.
Abstract
The cathode material, LiNi0.5Mn1.5O4, for high voltage applications of Li-ion batteries exhibits impurity phases due to oxygen deficiency during the high temperature heat treatment. The impurity phase reduces the electrochemical properties of the electrode since the defective spinel structure disturbs the lithium ion intercalation and deintercalation. In this study, Cr-substituted LiNi0.5-xMn1.5CrxO4 (0≤x≤0.05) powders are synthesized by a sol-gel method in order to reduce the amount of the impurity phases in the LiNi0.5-xMn1.5CrxO4. Thermal analysis of the cathode material shows that the LiNi0.5Mn1.5O4 without Cr substitution looses 2 % of its weight due to oxygen deficiency but the amount of weight loss is diminished when Cr is substituted. XRD analysis also supports the reduction of the impurity phases in the cathode after chromium substitution, suggesting that the improvement of the electrochemical properties such as the capacity retention and electrochemical stability are attributed to the low content of impurity phases in the Cr-substituted LiNi0.5-xMn1.5CrxO4.
참고문헌 (1)
- M.M. Thackeray, "J. Electrochem. Soc.", 144 (1997)