알루미늄이 첨가된 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3-xAlx)O2 양극활물질의 전기화학적 특성
Electrochemical Properties of Al Doped Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3-xAlx)O2
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초록
초음파분무열분해법과 한 단계의 후열처리로 이차상이 없는 Al이 첨가된 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3-xAlx)O2 (x=0.0, 0.005, 0.01. 0.05) 리튬이차전지용 양극활물질을 합성하였다. 합성된 분말은 Al의 첨가량이 많아짐에 따라서 I003/I104 비는 감소하고 입자가 커지는 경향을 보였다. 상온에서 전류밀도 1C의 rate로 3.0~4.5 V 범위에서 충방전 시험한 결과, Al 치환량이 0.5와 1.0 at%에서는 초기용량이 180과 184 mAhg-1으로 치환하지 않았을 때의 182 mAhg-1과 차이가 없었으며, 싸이클 특성도 치환하지 않은 것과 0.5, 1.0 at% 치환한 조성에서 각각 81, 77, 81%의 방전용량이 유지되었다. 그러나 3.0~4.6 V에서는 치환효과가 확실하게 나타나서, 50 싸이클 후의 치환하지 않은 것의 방전용량은 초기용량의30%까지 감소한데 비하여 Al을 0.5 at% 치환한 것은 70%를 유지하였다. 치환에 의한 싸이클 특성 향상은 XPS 분석결과 Al 치환이 Mn3+의 양을 감소시켰기 때문인 것으로 사료되었다
Abstract
Cathode materials of Al-doped Li (Ni1/3Co1/3Mn1/3-xAlx)O2 (x=0.0, 0.005, 0.01. 0.05) for lithium ion batteries were synthesized with ultra-sonic spray pyrolysis method and single-step heat treatment. No secondary phases were found in all synthesized powders. The intensity ratio of I003 to I104, however, slightly decreased and the particle size increased with the Al contents. The cells with bare, 0.5 and 1.0 at% Al-doped powders showed the initial discharge capacities of 182, 180 and 184 mAhg-1 in a voltage range of 3.0~4.5 V at 1C rate, and the capacity retentions of 81, 77 and 78% at the end of 30 cycles, respectively. But in the voltage range of 3.0~4.6 V, the Al-doping significantly enhanced the cycle stability. For example, the discharge capacity after 50 cycles was maintained to 70% in the 0.5 at% Al-doped sample compared to only 30% in no doped sample. The improvement of the cycle stability was thought to be due to Mn3+ ion decrease as the Al doping from the XPS analysis results.