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.

The waste secondary battery contains a significant amount of valuable metals, making its recycling highly desirable. However, conventional chemical methods for recycling are environmentally unfriendly and cost-ineffective. Rather than the chemical method, this paper deals with a mechanical method for recovering electrode materials from waste secondary batteries by blowing pressurized air onto the interface area between the electrode and the separator. Especially, in this study, the effective blowing angle were searched by simulating the separation of the electrode material from the separator through 1-way fluid structure interaction analysis based on the Cohesive Zone Modeling technique.

Highly safe lithium-ion batteries (LIBs) are required for large-scale applications such as electrical vehicles and energy storage systems. A highly stable cathode is essential for the development of safe LIBs. LiFePO4 is one of the most stable cathodes because of its stable structure and strong bonding between P and O. However, it has a lower energy density than lithium transition metal oxides. To investigate the high energy density of phosphate materials, vanadium phosphates were investigated. Vanadium enables multiple redox reactions as well as high redox potentials. LiVPO4O has two redox reactions (V5+/V4+/V3+) but low electrochemical activity. In this study, LiVPO4O is doped with fluorine to improve its electrochemical activity and increase its operational redox potential. With increasing fluorine content in LiVPO4O1-xFx, the local vanadium structure changed as the vanadium oxidation state changed. In addition, the operating potential increased with increasing fluorine content. Thus, it was confirmed that fluorine doping leads to a strong inductive effect and high operating voltage, which helps improve the energy density of the cathode materials.

To develop a high capacity lithium secondary battery, a new approach to anode material synthesis is required, capable of producing an anode that exceeds the energy density limit of a carbon-based anode. This research synthesized carbon nano silicon composites as an anode material for a secondary battery using the RF thermal plasma method, which is an ecofriendly dry synthesis method. Prior to material synthesis, a silicon raw material was mixed at 10, 20, 30, 40, and 50 wt% based on the carbon raw material in a powder form, and the temperature change inside the reaction field depending on the applied plasma power was calculated. Information about the materials in the synthesized carbon nano silicon composites were confirmed through XRD analysis, showing carbon (86.7~52.6 %), silicon (7.2~36.2 %), and silicon carbide (6.1~11.2 %). Through FE-SEM analysis, it was confirmed that the silicon bonded to carbon was distributed at sizes of 100 nm or less. The bonding shape of the silicon nano particles bonded to carbon was observed through TEM analysis. The initial electrochemical charging/ discharging test for the 40 wt% silicon mixture showed excellent electrical characteristics of 1,517 mAh/g (91.9 %) and an irreversible capacity of 133 mAh/g (8.1 %).

전고체 전지는 전기 자동차의 안정성을 향상시키기 위해 기존의 리튬 이온 전지를 대체할 주요 후보로 간주되고 있 습니다. 그러나 전고체 전지에 사용되는 황화물계 고체 전해질은 산화 환원 안정성이 부족하며 양극복합전극과 표면 에서 부반응을 이르켜 문제를 야기시킵니다. 때문에 양극 표면 코팅법이 제안되었고 이는 충방전 사이클 안정성 및 속도 특성의 개선에 유용한 효과를 나타낼 수 있습니다. 본 논문에서는 결정학적 분석을 통하여 신규 Li-Zr-O 조성 탐색을 하였고, 다양한 양극 소재 코팅소재 후보군 중 리튬 이온 전도체인 Li6Zr2O7 구조가 매우 유망하다는 연구 결 과를 확인했습니다. 본 논문은 기존에 사용되는 LiNbO3, Li4Ti5O12가 아닌 새로운 다양한 구조 및 조성의 양극 코팅 소 재개발에 대한 필요성 및 가능성을 시사합니다.

해수이차전지는 해수를 양극으로 사용하는 차세대 이차전지이다, 해양 자원을 사용하여 가격 경쟁력과 높은 친환경성, 그리고 해양 애플리케이션에 적합한 구조를 가진다. 이러한 장점을 기반으로 지속적 연구개발을 통해 자연 해수 노출을 가정한 파우치 타입 및 각형 타입이 개발되어 왔다. 그러나 이차전지는 전기적 특성상 사용 환경에 따라 용량 및 내부 임피던스가 달라진다. 이러한 특성은 전지 의 수명 예측에 활용될 뿐만 아니라 활용하고자 하는 상황에 맞는 용량과 출력에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 본 논문에서는 해수이 차전지의 사용 환경에 따른 용량 측정과 SoC-OCV 측정 방법을 통한 내부 저항을 분석하고자 한다.

Ni-rich계 양극 소재는 낮은 가격과 높은 용량으로 인해 고용량 달성을 위한 상용화 소재로 주목받고 있지만, 이 소재의 경 우 전기화학적 불안정성으로 인한 한계를 가진다. 그래서 다양한 표면 코팅 방법을 통해 성능향상을 이루고 있지만, 성능향상이 소 재와 코팅 방법때문인지 또는 코팅 범위가 넓어진 것 때문인지는 모호하게 남아 있다. 본 연구에서는 전이금속으로 양극 활물질을 코팅할 때 전구체 코팅 범위에 따른 리튬이온배터리 전기화학 성능평가를 분석하였다. 상업용 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 양극 소재 표면을 에탄올 용액에 용해된 리튬-코발트와 리튬-주석 아세테이트 전구체를 코팅하였고, 교반속도를 다르게 하여 (200 rpm 및 600 rpm) 전구체 코팅 범위를 다르게 하였다. 리튬-코발트 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 증가하였지만, 리튬 -주석 아세테이트 전구체의 경우 교반속도가 증가할수록 코팅 범위가 감소하였다. 하지만 원소의 종류에 관계없이 코팅 범위가 넓 은 경우에 상대적으로 우수한 전기화학적 성능을 나타내었다. 코팅된 양극 활물질의 물리적 특성은 SEM 및 XRD를 이용하여 분석하 였으며, 전기화학적 성능은 초기 충·방전 용량, 사이클 안정성 및 율속특성 테스트를 통해 조사하였다.

In this study, multilayered SnO nanoparticles are prepared using oleylamine as a surfactant at 165oC. The physical and chemical properties of the multilayered SnO nanoparticles are determined by transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Interestingly, when the multilayered SnO nanoparticles are heated at 400oC under argon for 2 h, they become more efficient anode materials, maintaining their morphology. Heat treatment of the multilayered SnO nanoparticles results in enhanced discharge capacities of up to 584 mAh/g in 70 cycles and cycle stability. These materials exhibit better coulombic efficiencies. Therefore, we believe that the heat treatment of multilayered SnO nanoparticles is a suitable approach to enable their application as anode materials for lithium-ion batteries.

The strengthening of environmental regulations has raised interest in alternative energy and electric car. Secondary batteries are such energy storage device, and in this study, a secondary batteries production equipment parts will be manufactured. To this end, molds were designed and manufactured using numerical analysis. The reliability of analysis is to be confirmed through tensile tests and X-ray tests of products cast with manufactured molds. As the results of the casting method design parts was obtained as the average ultimate tensile strength of 178.23N/mm2, 173.85N/mm2 was recorded and good test results were achieved. It is considered that aluminum alloy research and heat treatment technology development should be carried out in the future.

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.

Lithium ion batteries have been extensively used in portable electronic devices due to their high energy density and long cycle life. Recently, lithium ion batteries are required to run conditions that drive up to 1.5C, 2.0C, or higher in order to produce quick charge secondary cells, but the life degradation and safety concerns and rising. In other words, as the number of repetitions of the charge and discharge increases, the binding between the active materials and the ionic conductors becomes loose, and the contact resistance between the particles increases, and due to the increased resistance of the electrode, the battery performance is degraded, and during the life cycle degradation of cathode and anode materials occurs, and it is directly linked to life and safety issues. This study aims to improve the quick charge performance by improving the lithium ion material.

Silicon alloys are considered promising anode active materials to replace Li-ion batteries by graphite powder, because they have a relatively high capacity of up to 4200 mAh/g, and are environmentally friendly and inexpensive ECO-materials. However, its poor charge/discharge properties, induced by cracking during cycles, constitute their most serious problem as anode electrode. In order to solve these problems, Si-Ge-Al alloys with porous structure are designed as anode alloy powders, to improve cycling stability. The alloys are melt-spun to obtain the rapidly solidified ribbons, and then ball-milled to make fine powders. The powders are etched using 1 M HCl solution, which gives the powders a porous structure by removing the element Al. Subsequently, in this study, the microstructures and the characteristics of the etched powders are evaluated for application as anode materials. As a result, the etched porous powder shows better electrochemical properties than as-milled Si-Ge-Al powder.

Lithium ion battery are one of representative rechargeable batteries with high energy density, tiny memory effect, and low self-discharge and composed of anode, cathode, electrolyte, and membrane separator. The importance of membrane separator has been improved further as electric vehicle market increases rapidly. The conventional membrane separators are based on polyolefin (e.g., polyethylene and/or polypropylene). In case of lithium ion battery with a high capacity, polyolefin membrane separators are suffering from low thermal resistance and easy short-circuit formation leading to overheating. For these reasons, in this study, gel polymers are in-situ synthesized in electrolytes used as solvent, which are located in pores of polyolefin separators to obtain gel polymer electrolyte-polyolefin reinforced membranes.

향후 우리 사회의 혁신적 변화를 가져올 휴대용 전자기기, 전기자동차 및 스마트 그리드 에너지 저장장치 등의 비약적인 발전에 따라, 그 전원으로서 리튬이차전지에 대한 관심이 더욱 증대하고 있다. 본 총설에서는, 리튬이차전지 핵심 소재 중 하나인 분리막에 대해 기공 구조 및 물리화학적 물성 관점에서 고찰하고, 이와 함께 최신 연구 동향을 소개하고자 한다. 리튬이차전지 분리막은 양극과 음극 사이에 위치하는 다공성 막으로서, 두 전극 간의 전기적 단락을 방지하고, 이온의 흐름을 가능하게 하는 기능을 갖는다. 분리막 자체는 전지 내 전기화학 반응에는 직접적으로 참여하지 않으나, 앞서 언급한 기능들에 의해 전지 성능 및 안전성에 큰 영향을 끼친다. 최근 들어, 이러한 분리막의 기본 특성 이외에, 전지 안전성 강화 및 금속 이온 흡착 등을 비롯한 다양한 기능 부여를 위한 노력들이 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 현재 상업화된 폴리올 레핀 분리막에 대한 이해를 토대로, 개질 폴리올레핀 분리막, 부직포 분리막, 세라믹 복합 분리막 및 화학 활성 분리막 등으 로 대표되는 최신 분리막 기술들을, 차세대 전지 개발 방향과 관련 지어 기술하고자 한다.

리튬이온 이차전지는 리튬이온이 이동하면서 전기화학적 충방전사이클을 완성하는 에너지변환장치를 의미한다. 리튬이온 이차전지는 높은 에너지밀도와 낮은 자가방전률, 상대적으로 긴 수명주기 등 다양한 장점을 갖는다. 최근 전기차 수 요증가는 고용량 리튬이온 이차전지 개발을 촉진하고 있으나 음극에서의 dendrite 형성으로 인한 전기적 단락 현상과 전지 폭 발 문제와 같은 심각한 안전문제를 야기한다. 또한, 리튬이온 이차전지 구동시 상승된 온도에서 폴리올레핀계열(예 : 폴리에 틸렌과 폴리프로필렌) 격리막의 열수축 문제가 발생한다. 이와 같이 낮은 열 안정성은 리튬이온 이차전지의 성능과 수명의 감소로 이어진다. 본 연구에서는 폴리올레핀계열 함침격리막 제조를 위한 중요한 소재로서 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 랜 덤 공중합체를 사용하였으며, 제조된 격리막을 이용하여 dendrite 형성과 관련된 금속이온 흡착 능력과 리튬이온전도성, 열적 내구성이 평가되었다.

이차전지용 분리막은 양극과 음극의 물리적 접촉을 방지하면서 전해질 내에서 리튬이온을 자유롭게 이동할 수 있게 하는 역할을 수행한다. 분리막은 절연 체이며, 이온전도도가 높은 특성을 가지고 있어야 한다. 다양한 분리막 중에서 도 일반적으로 사용되는 것은 다공성 구조의 폴리올레핀계 분리막이다. 그 중에 서도 폴리에틸렌 분리막은 가격이 저렵하고, 절연성, 화학적 안정성, 기계적 강 도 등이 우수한 특징을 가지고 있다. 본 연구에서는 컴파운드된 소재를 이용하여 3층 구조의 multi-layer 필름을 제조하였고 이축 연신기를 이용하여 속도와 연신비에 따라서 분리막을 제조하였다. 제조된 분리막 표면의 모폴로지를 확인 하기 위해서 FE-SEM을 이용하여 관찰하였고, porosity와 electrolyte up-take를 측정하였다. Porosity와 electrolyte up-take는 상용화된 제품인 celgard와 비교 한 결과 celgard 보다 우수한 성능을 가지는 것을 확인하였다.

In this study, several kinds of active carbons with high specific surface area and micro pore structure were prepared from the coconut shell charcoal using chemical activation method. The physical property of prepared active carbon was investigated by experimental variables such as activating chemical agents to char coal ratio, flow rate of inert gas and temperature. It was shown that chemical activation with KOH and NaOH was successfully able to make active carbons with high surface area of 1900~2500 m2/g and mean pore size of 1.85~2.32 nm. The coin cell using water-based binder in the electrolyte of LiPF6 dissolved in mixed organic solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%) showed better capacity than that of oil-based binder. Also, it was found that the coin cell of water-based binder shows an improved cycling performance and coulombic efficiency.