최근 전기차 및 전력저장 시스템과 같은 대형 전지 시장의 성장으로 인해 리튬 이온 배터리에 대한 수요가 급증하 고 있다. 이에 따라 폐전지의 발생이 빠르게 증가할 것 으로 예상되며, 이에 대한 처리가 사회적 문제가 될 것 으로 예상된다. 폐전지 처리의 가장 효과적인 방법은 폐전지의 소재를 재활용하는 방법이다. 이 중 고가의 금속 물질로서, 재활용 시 경제성이 가장 높은 양극 소재 재활용 연구가 가장 활발히 이뤄지고 있다. 하지만 폐전지로부터 회수된 블 랙 파우더에는 도전재 및 바인더가 포함되어 있는데 양극 소재를 재활용하기 위해서는 이를 제거하는 공정이 필요하 다. 본 연구에서는 폐전지에서 추출된 폐양극 소재의 재활용을 위한 소재 전처리 연구를 제시한다. 열처리 및 화학 처리의 두 가지 전처리 공정을 사용하여 불순물을 제거하였고, 이에 따른 제거 정도를 SEM 분석을 통해 확인하였고, 불순물의 정량 분석을 TGA, EA 분석을 통해 확인하였으며, 전기화학 성능을 분석하였다.

본 연구는 코팅 방법을 활용한 단결정 양극 소재 연구로서 Ni-rich계 다결정 양극 소재로 부터 단결정 양극 소재를 합 성하여 사이클 구동 시 양극 소재의 안정성을 향상시키고자 한다. 양극 소재에 LixCoO2와 LixSnO3 를 각각 코팅하여 이차입자 내부 혹은 외부에 코팅층이 형성된 양극 소재를 합성한 후 이를 소결하여 단결정 형성에 대한 영향을 비교 하였다. 입자 외부에 LixSnO3가 코팅되어 열처리 된 Ni0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)의 경우 코팅 처리 없이 열처리된 양극 소재 보다 개선된 수명특성을 보였으나, 단결정화가 이뤄지지 않았다. 입자 내부에 LixCoO2 코팅층이 형성된 NCM811 을 열처리 한 결과 이차입자 내부에 형성된 Co 코팅층이 결정화되어 50회 사이클 후 기준 단결정 양극 소재의 방전용 량인 117.34 mAh·g-1 대비 129.11 mAh·g-1의 높은 방전용량을 나타내었고, 형상제어를 통해 이성적인 단결정화가 이뤄 졌다. 본 연구는 다결정체인 Ni-rich 양극소재의 단결정화에 대한 유요한 통찰력을 제공할 것으로 예상한다.

2-에티닐-N-노나노일피리디늄 클로라이드를 치환기로 갖는 새로운 폴리아세틸렌 유도체를 합성하였다. 반응초기에 2-에티닐피리딘과 노나노일 클로아이드의 4차염화반응으로 생성된 단량체 종인 2-에티닐-N-노나노일피리디늄 클로라이드 는 별도의 촉매 없이도 중합반응이 잘 진행되었으며, 그결과 89%의 수율로 폴리아세틸렌계 이온성 공액구조 고분자를 합 성할 수 있었다. 여러 가지 분석장비를 이용하여 고분자 구조를 분석한 결과 설계한 치환기를 갖는 폴리아세틸렌 유도체 가 합성되었음을 확인할 수 있었다. 본 고분자는 메탄올, DMF, DMAc, DMSO, NMP 와 같은 극성 용매에 완전히 용해하였 으며, 이온성 측쇄 부분을 갖는 특성으로 다루는 과정에서 공기중 수분을 흡수하는 경향이 강했다. 고분자의 광흡수 및 전 기화학적 특성을 측정하고 분석하였다. 본 고분자는 산화-환원 피크 사이에 비가역적 전기화학적 거동을 보였으며 다른 이 온성 공액구조 고분자의 경우와 유사하게 전기화학적 스캔수를 증가한 실험에서 50회까지도 안정된 산화-환원 거동을 보 였다.

논문에서 리튬이온전지용 양극 소재의 개발 동향과 함께 앞으로 필요한 양극 소재의 연구 방향을 제시한다. 현재 리튬이온 전지는 지구 환경 개선을 위한 친환경 에너지로 주목받고 있으며, 전기차와 에너지저장 시스템 등에서의 다양한 활용으로 고용량 및 고안정성 소재 개발에 초점을 맞추어 연구가 진행되고 있다. 특히, 리튬이온전지 양극 소재의 경우 전지의 가격 및 성능을 결정하기 때문에 활발한 연구가 이루어지며, 그중 높은 이론 용량을 가지는 Ni-rich 계 layered 구조의 양극 소재에 대한 연구가 집중되고 있다. 그러나, 고용량 특성을 달성하기 위한 Ni-rich 계 양극 소재는 높은 Ni 조성에 의해 비용량이 증가함에 따라 전기화학적 불안정성 또한 증가하는 문제를 가지기 때문에 활용에 한계를 가진다. 이를 해결하기 위한 방법으로 본 논문에서는 양극 소재의 표면 개질 방법 과 원소치환 방법에 대해 언급하며, 이에 진일보하여 리튬이온전지의 가격 경쟁력을 확보하기 위한 양극 소재의 연구 방향을 제안한다.