마그네슘 열환원법을 통한 규조토 나노구조 실리콘의 리튬이온전지 음극 응용 연구 = Nanostructured Silicon Anodes Fabricated by Using Magnesiothermic Reduction for Lithium-ion Batteries

국문 초록 (Abstract)

고용량 리튬이온전지를 제작하기 위하여 마그네슘 열환원법으로 규조토를 나노구조 실리콘 물질로 환원하여 음극활물질을 개발하였다. 규조토와 마그네슘의 비율을 1: 2로 하고 700 $^\circ$C에서 3시간 동안 반응시킨 후 hydrochloric acid (HCl)와 hydrofluoric acid (HF)로 부산물을 제거하여 나노구조 실리콘을 얻었다. 이를 음극 활물질로 하는 리튬이온전지는 0.7 V에서 실리콘 음극에 표면피막 (SEI)층이 형성되고, 0.17 V에서 리튬 이온이 실리콘 음극으로 삽입, 0.38 V와 0.52 V에서 분리되는 것을 알 수 있다. 규조토로부터 얻어진 나노구조 실리콘 전극의 평균 용량은 1687 mAh/g으로 흑연의 이론용량에 대해 4.8배 높다. 이는 고용량 리튬이온전지를 위한 음극 활물질로 규조토를 이용할 수 있음을 의미한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Nanostructured silicon with porous structures has been prepared by magnesiothermically reducing diatomaceous earth. The reduced silicon was used as an anode material for lithium-ion batteries. Cyclic voltammetry (CV) of the silicon anodes showed the formation of a solid-electrolyte interphase (SEI) layer at 0.7 V, insertion of lithium ions to the silicon anode at 0.17 V, and delithiation from the silicon anode at 0.38 and 0.52 V. The average capacity of the nanostructured silicon was 1687 mAh/g. The magnesiothermically-reduced silicon with porous structures should be an efficient anode material for lithium-ion batteries.

참고문헌 (Reference)

1 J. R. Szczech, 4 : 56-, 2011

2 N. Liu, 3 : 1919-, 2013

3 C. K. Chan, 3 : 31-, 2008

4 A. Magasinski, 9 : 353-, 2010

5 B. R. Bathey, 17 : 3077-, 1982

6 R. Chandrasekaran, 157 : 1139-, 2010

7 W. Deqing, 9 : 241-, 2001

8 W. Chen, 158 : A1055-, 2011

9 A. Nadiradze, 3 : 2-, 2009

10 Y. Cai, 88 : 2005-, 2005

11 S. G. Hutchison, 19 : 249-, 1988