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Alternative Title: Synthesis of single crystal Ni-rich NCM cathode materials for lithium-ion batteries and enhancement of electrochemical properties through graphite coating

Abstract: 본 연구에서는 단결정의 과 니켈계 전이금속 산화물 양극 활물질, NCM의 낮은 확산도로 인한 용량 저하 문제를 해결하기 위해 높은 전기전도성을 가지는 graphite의 표면처리 코팅을 제안한다. 층상 구조를 갖는 양극 활물질은 공침법 및 고상법을 통해 성공적으로 합성되었다. 표면처리를 위한 graphite는 추가적인 처리들을 통해 (3-Aminopropyl)triethoxysilane이 코팅된 plate 형태를 갖는 2 μm 이하의 expanded graphite로 가공한 후 합성한 단결정 NCM에 건식 코팅 방식으로 표면처리를 하였다. Expanded graphite 코팅된 단결정 NCM은 기존 대비 전기전도성이 향상되어 작동 온도 25 °C, 작동 전압 2.7 V ~ 4.3 V에서 더 높은 확산도를 보이는 것을 확인하였다. 그 결과 코팅된 단결정 NCM 양극 활물질은 모든 충/방전 속도에서 기존 대비 10 ~ 30 mAh/g 정도 향상된 방전 용량과 고율에서 높은 용량유지율을 지니는 것을 확인하였다.

Table Of Contents: 목 차
List of Figures Ⅲ
List of Tables Ⅴ
요 약 문 Ⅵ
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 이론적 배경 3
2.1. 리튬 이차 전지 3
2.2. 양극 활물질 4
2.2.1. 층상구조 양극 활물질 4
2.2.2. NCM 3 성분계 양극 활물질 5
2.3. Ni-rich NCM의 문제점 8
2.3.1. 양이온 혼합 (Cation mixing) 8
2.3.2. Particle cracking 10
2.3.3. 잔여 리튬 화합물 11
2.4. 양극 활물질 해결방안 14
2.4.1. 표면개질 14
2.4.2. 단결정화 16
2.5. 탄소 기반 코팅 공정 18
Ⅲ. 실험 20
3.1. 양극 활물질 합성 20
3.1.1. 단결정 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 합성 20
3.1.2. APTES coated expanded graphite(EG) 제조 22
3.1.3. EG coated 단결정 NCM(EG@SC-NCM) 제조 23
3.1.4. 양극 극판 및 셀 제작 23
3.2. 전기화학적 특성 측정 실험 26
3.3. NCM 분석 27
3.3.1. SEM, EDS 27
3.3.2. TEM 27 3.3.3. TGA 28
3.3.4. XRD 28
Ⅳ. 결과 및 고찰 29
4.1. NCM 분석 결과 29
4.1.1. SEM, EDS 분석 29
4.1.2. TEM 분석 34
4.1.3. TGA 분석 35
4.1.4. XRD 분석 35
4.2. 전기화학적 특성 38
4.2.1. 정전류식 간헐적 적정 테크닉 (GITT, Galvanostatic Intermittent Titration Technique) 38
4.2.2. 초기 충/방전 시험 40
4.2.3. 율 특성, 상온 수명 특성평가 42
4.2.4. 임피던스 분광법 (EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy) 46
Ⅴ. 결론 49
참고 문헌 50
Abstract 56

Citation: 이현수. (2024). 리튬 이온 전지용 단결정 Ni-rich NCM계 양극 소재 합성 및 흑연 코팅을 통한 전기화학적 특성 향상.

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