리튬이온전지는 친환경적이고 우수한 전지 성능덕분에 배터리 산업의 핵심으로 자리 잡았으며, 이에 따라 수요가 급증하고 있다. 그러나, 리튬이온전지의 수요증가는 리튬과 광물자원들의 공급문제를 초래하며, 수명이 다한 폐 리튬이온전지의 폐기방안이 아직 마련되지 않아 환경적 문제를 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 폐 리튬이온전지를 재활용하는 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서도 폐 리튬이온전지에서 폐 양극 소재를 추출하여 재활용하는 다이렉트 리사이클링 연구가 주목받고 있다. 그러나, 폐 양극 소재는 오랜 충/방전으로 인해 구조적 붕괴(열화)가 발생한 상태로, 새로운 리튬이온전지에 적용을 위해서는 리튬이온전지 사용 전의 구조 즉, 층상구조로의 회복이 필요하다. 본 연구에서는 이를 위해 폐 양극 소재(LiNi0.6C0.2Mn0.2O2)가 열역학적으로 층상구조를 형성하는 온도를 분석하기 위해 700 ºC, 800 ºC, 900 ºC 범위에서 XRD를 통해 구조분석을 진행하였다. 폐 양극 소재는 700 ºC와 900 ºC 대비 800 ºC 열처리 시 1.44로 가장 높은 I003/I104 value를 보였다. 또한 800 ºC 열처리 시 0.1 C 기준 비 용량이 171.3 mAh/g으로 가장 높은 것을 확인하였다. 이를 통해 우리는 열역학적으로 층상구조를 형성하는 온도를 800 ºC로 도출하였으며 폐 양극 소재의 구조를 성공적으로 복원하였다.

본 연구는 대기 중 장기간 노출로 인해 열화된 Ni-rich NCM811(LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂) 양극 소재의 계면 저항 증가 및 전기화학적 성능 저하 문제를 해결하기 위해, 물리적 열처리 방법을 제안하였다. NCM811 양극 소재는 대기 중 수분 및 이산화탄소와의 반응에 의해 표면에 불순물이 형성되기 쉬우며, 이는 고체전해질과의 계면 저항을 증가시켜 전고 체전지 시스템에서의 성능 저하를 초래한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 열화된 NCM811 양극 소재를 O₂ 분위기 에서 열처리하여 표면의 불순물을 효과적으로 제거하고 양극 표면의 전도성을 향상시킴으로써, 양극-고체전해질 간의 계면 저항을 현저히 감소시키는 결과를 얻었다. SEM, XRD, ICP 분석을 통해 열화된 NCM811 양극 소재의 표면 특성 변화를 분석하였으며, 열처리 후 NCM811 소재의 계면 특성이 개선됨에 따라 전기화학적 성능 또한 상용 NCM811 소재와 유사한 수준으로 회복되는 것을 확인하였다. 특히, O₂ 분위기의 물리적 열처리 방법은 Ni-rich NCM811 양극 소재의 열화를 효과적으로 억제하고 고체전해질과의 계면 접촉을 개선하여, 황화물계 전고체전지의 전기화학적 성능 을 획기적으로 향상시킬 수 있는 유망한 기술임을 입증하였다. 이러한 결과는 전고체전지 상용화를 위한 핵심 전략으 로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

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.

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.

The capacity of high nickel Li(NixCoyMn1-x-y)O2 (NCM, x ≥ 0.8) cathodes is known to rapidly decline, a serious problem that needs to be solved in a timely manner. It was reported that cathode materials with the {010} plane exposed toward the outside, i.e., a radial structure, can provide facile Li+ diffusion paths and stress buffer during repeated cycles. In addition, cathodes with a core-shell composition gradient are of great interest. For example, a stable surface structure can be achieved using relatively low nickel content on the surface. In this study, precursors of the high-nickel NCM were synthesized by coprecipitation in ambient atmosphere. Then, a transition metal solution for coprecipitation was replaced with a low nickel content and the coprecipitation reaction proceeded for the desired time. The electrochemical analysis of the core-shell cathode showed a capacity retention of 94 % after 100 cycles, compared to the initial discharge capacity of 184.74 mA h/g. The rate capability test also confirmed that the core-shell cathode had enhanced kinetics during charging and discharging at 1 A/g.

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.

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.

Due to the serious air pollution problem, interest in eco-friendly vehicles is increasing. Solving the problem of pollution will necessitate the securing of high energy storage technology for batteries, the driving force of eco-friendly vehicles. The reason for the continuing interest in the transition metal oxide LiMO2 as a cathode material with a layered structure is that lithium ions reveal high mobility in two-dimensional space. Therefore, it is important to investigate the effective intercalation and deintercalation pathways of Li+, which affect battery capacity, to understand the internal structure of the cathode particle and its effect on the electrochemical performance. In this study, for the cathode material, high nickel Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2 precursor is synthesized by controlling the ammonia concentration. Thereafter, the shape of the primary particles of the precursor is investigated through SEM analysis; X-ray diffraction analysis is also performed. The electrochemical properties of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 are evaluated after heat treatment.

Lithium-ion batteries have been considered the most important devices to power mobile or small-sized devices due to their high energy density. LixCoO2 has been studied as a cathode material for the Li-ion battery. However, the limitation of its capacity impedes the development of high capacity cathode materials with Ni, Mn, etc. in them. The substitution of Mn and Ni for Co leads to the formation of solid solution phase LiNixMnyCo1-x-yO2 (NMC, both x and y < 1), which shows better battery performance than unsubstituted LiCoO2. However, despite a high discharge capacity in the Ni-rich compound (Ni > 0.8 in the metal site), poor cycle retention capability still remains to be overcome. In this study, aiming to improve the stability of the physical and chemical bonding, we investigate the stabilization effect of Ca in the Ni-rich layered compound Li(Ni0.83Co0.12Mn0.05)O2, and then Ca is added to the modified secondary particles to lower the degree of cationic mixing of the final particles. For the optimization of the final grains added with Ca, the Ca content (x = 0, 2.5, 5.0, 10.0 at.%) versus Li is analyzed.

개량된 MA법으로 합성된 LiFe(PO4)/C에 대해 X-선 회절분석을 실시하여 리트벨트법에 의해 결정학적 연구를 수행하였다. 리트벨트 계산 결과 리트벨트 R 지수 값은 Rp=8.14%, Rwp=11.1%, Rexp=9.09%, RB=3.88%, S (GofF, Goodness of fit) = 1.2으로 계산이 잘 이루어졌음을 알 수 있다. LiFePO4/C는 공간군 Pnma를 가지며, 격자상수 값은 a = 10.3229(3)a, b = 6.0052(2) a, c = 4.6939(1) a이고 체적값은 V = 290.98(1) a3으로 기존 다른 합성법의 연구결과와 잘 일치한다. 분말 입자는 고순도를 가지고 나노 크기(65~90nm)로 기존 MA법보다 상대적으로 미세하고 균질도가 향상되었다. 따라서 개량된 MA법은 상업용 리튬 2차 전지의 양극물질 생산을 위한 우수한 제조법으로 판단된다.

리튬2차전지용 양극소재 개발을 위해 Li[L ixM n1-x-yC ry ] O2를 공침법(co-p.ecipitation method)을 적용하여 각각 650℃(CR650)와 850℃(CR850)에서 합성하였다. 리트벨트 구조분석 결과 계산의 정밀도를 나타내는 R 지수값을 보면 Rexp에 대한 Rwp값( Rwp/ Rexp)은 CR650과 CR850의 각각에 대해 19.2%/10.1%과 15.9%/9.76%를 보여주며, Rb값은 각각 10.9%와 8.54%, 그리고 S(GofF)값은 각각 1.9와 1.6으로 계산되었다. 합성된 양극소재는 공간군 R3m의 층상구조(LiMn O2)가 존재하였으며, 전이금속 층 내의 Mn이 Li로 치환되면서(Li[L i13/M n23/] O2) 단사구조(C2/c)의 거대격자(Superlattice) 구조현상도 관찰되었다. 계산된 단위포는 공간군 R3m, CR650이 a=2.8520(2)a, c=14.248(2)a, V=100.40(1)a3이며, CR850은 a=2.8504(1)a, c=14.2371(7)a, V=100.179(8)a3으로 각각 계산되었다. 또한 최종 결정된 화학식은 CR650은 Li[L i0.35M n0.56C r0.09] O2, CR850은 Li[L i0.27M n0.61C r0.13] O2으로 각각 구해졌다.다...다..구해졌다.다...다..