5V급 고전압 양극 LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel의 제조와 전기화학적 특성에 관한 연구
Electrochemical Characteristics of LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel as 5V Class Cathode Material for Lithium Secondary Batteries
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참고문헌
초록
차세대 5V급 양극활물질로 각광받고 있는 LiNi0.5Mn1.5O4는 기존의 LiMn2O4 spinel 물질의 Mn3+을 Ni2+으로 치환하여 5V 영역에서 Ni2+/Ni4+ 산화/환원 반응이 가능하게 한 물질이다. 기존의 LiMn2O4는 낮은 초기 용량과 충·방전에 따른 빠른 용량감소를 보이는 단점을 가지고 있어 이 문제를 극복하기 위해 Mn의 일부를 다른 금속으로 치환하여 LiMyMn2-yO4 (M= Cr, Al, Ni, Fe, Co, Cu, Ga)을 만드는 방법이 활발히 연구 되고 있다. 본 연구에서는 기계 화학적 합성법을 이용하여 합성한 LiNi0.5Mn1.5O4의 전기화학적 특성에 대해 연구하였다. 이물질은 기존의 LiMn2O4보다 에너지 밀도가 높으며 저가 및 친환경성 등으로 앞으로 HEV 등에서 그 활용성이 크게 기대된다. 볼밀을 이용하여 여러 가지 조건(출발물질 조건, 볼밀조건, 열처리조건 등)에서 LiNi0.5Mn1.5O4을 합성한 결과 기계화학적 방법으로는 Ni2+가 Mn3+를 완전히 치환하지 못하여 4.0~4.1V의 전압에서 Mn3+/ Mn4+의 산화/환원과 관련된 peak가 발생하였다. Ni 원료 물질로써 수산화 물질을 사용하고 열처리 온도를 800℃로 하였을 때 최상의 성능을 나타내었다.
Abstract
Recently, many researches on the high-voltage 5V class cathode material have focused on LiNi0.5Mn1.5O4, where Mn3+ in the existing LiMn2O4 (Li[Mn3+][Mn4+]O4) is replaced by Ni2+ (Li[Ni2+]0.5[Mn4+]1.5O4 ) in order to utilize Ni2+/Ni4+ redox reaction in the 5V region. The partial substitution of Mn in LiMn2O4 for other transition metal element, LiMyMn1-yO4 (M=Cr, Al, Ni, Fe, Co, Cu, Ga etc) is known as a good solution to overcome the problems associated with LiMn2O4 like the gradual capacity fading. In this study, we synthesized LiNi0.5Mn1.5O4 through a mechanochemical process and investigated its morphological, crystallographic and electrochemical characteristics. The results showed that 4V peaks had been found in the cyclic volammograms of the synthesized powders due to the existence of Mn3+ from the incomplete substitution of Ni2+ for Mn3+ implying that the mechanochemical activation alone was not good enough to synthesize an exact stoichiometric compound of LiNi0.5Mn1.5O4. The synthetic condition of mechanochemical process, such as type of starting materials, ball-mill and calcination condition was optimized for the best electrochemical performance.
참고문헌 (4)
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