리튬 이차 전지용 음극활물질의 전해질 성분에 따른 계면 및 열적 특성 평가

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Exothermal Mechanisms of the battery is occured from the decomposition of the components of the SEI layer that is formed by electrolyte reduction reaction at the interface between electrode and electrolyte. the components of the SEI layer, high temperature largely influence on the thermal stability of batteies. Especially the surface modification on the anode using additives in the electrolyte in the battery improves thermal stability and electrochemical behavior at the same time. It is usually studied as an effective method to improve thermal stability and electrochemical behavior. The effect of electrolyte’s composition on the surface chemical and thermal stability of anode materials were studied in this paper .anode materials use soft carbon as carbon and si as non-carbon. The electrolytes used in the experiments were 1 M LiPF6 solutions composed of ethylene carbonate(EC)/ ethylmethylene carbonate (EMC) (30:70 v/v) with VC for P-doped soft carbon anodes and ethylene carbonate (EC)/ diethyl carbonate (DEC) (30:70 v/v) with LiBOB for Si anodes. Attenuated total reflectance Fouriertransform infrared (ATR-FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to investigate SEI layer of anode materials. It was found that the SEI layer formed in VC & LiBOB-containing electrolyte possessed better properties. The presence of VC in electrolyte brought out the VC-reduced products and decreased the LiF content in SEI layer. The major components of SEI layer. And LiBOB derived –SEI layer is formed lithium oxalate, B2O3.the additive can form a stable anode SEI layer that inhibits electrolyte decomposition. Namely,, The ex situ ATR-FTIR and XPS results for the delithiated anodes, confirmed that the reduction decomposition of electrolyte components is effectively alleviated by the VC & LiBOB-derived SEI and It improve the thermal stability of anodes(soft carbon, Si). The thermal behavior of the fully lithiated anode electrodes (Soft carbon, Si) in contact with an electrolyte is investigated by differential scanning calorimetry (DSC) in the temperature range 40~400°C.
Consequently, It found that the onset temperature of the exothermic reaction of the soft carbon was shifted from 80 °C to 116.56 °C when cycled in the presence of an VC additive. also the onset temperature of the thermal runaway is shifted from 120°C to 250 °C charged LixSi is heated in the presence of LiBOB in the electrolytes,

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 고찰 5
• 2.1. 리튬 이온 전지의 원리 5
• 2.2. 리튬 이온 전지의 구성 7
• 2.2.1. 음극 재료 7
• 2.2.2. 전해질 10
• 2.2.3. 양극 재료 11
• Part 1. P-doped soft carbon 음극의 첨가제 VC 에 의한 계면 및 열적 특성평가 13
• 1. 연구 소개 13
• 2. 실험 방법 14
• 2.1. 사용된 활물질 14
• 2.2. 전극 제조 14
• 2.3. 전해액 제조 15
• 2.4. 코인셀의 제조 및 전기화학적 특성 평가 16
• 2.5. FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy) 분석 17
• 2.6. XRD (X-ray diffraction) 분석방법 17
• 2.7. XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) depth profiling 분석방법 18
• 2.8. 열 특성 평가, DSC (Differential Scanning Calorimetry) 분석방법 18
• 3. 연구 결과 및 고찰 19
• 3.1. 이종원소 P 에 의한 soft carbon 의 형상 및 정량, 정성 분석 평가 19
• 3.2. 이종원소 P 도핑에 의한 soft carbon 의 구조적 특성 평가 21
• 3.3. 이종원소 P 에 의한 soft carbon 의 전기화학적 특성 평가 23
• 3.4. 이종원소 P 도핑에 의한 soft carbon 의 계면화학 특성평가 27
• 3.5. 이종원소 P 도핑에 의한 soft carbon 의 열 특성 평가 35
• 3.6. 이종원소 P 도핑에 의한 soft carbon 의 계면 모식도 37
• 3.7. 전해질 첨가제로서 VC 의 효과 39
• 4. 연구 결론 45
• Part 2. 실리콘 음극의 첨가제 LiBOB 에 의한 계면 및 열적 특성 평가 46
• 1. 연구 소개 46
• 2. 실험 방법 48
• 2.1. 전극 및 전해액의 제조 48
• 2.2. 코인셀의 제조 및 전기화학적 특성 평가 50
• 2.3. 고온저장 특성평가 51
• 2.4. 열 특성 평가 51
• 2.5. Attenuated total reflectance Fouriertransform infrared (ATR-FTIR) 분석 52
• 2.6. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석 52
• 3. 실험 결과 및 고찰 53
• 3.1. LiBOB 적용에 따른 Si 의 고온에서 OCV 변화 55
• 3.2. LiBOB 적용에 따른 Si 의 dQ/dV 변화 57
• 3.3 LiBOB 적용에 따른 Si 의 방전용량유지 특성평가 59
• 3.4. LiBOB 적용에 따른 Si 의 계면 특성 변화 (ATR 분석) 61
• 3.5. LiBOB 적용에 따른 Si 의 계면 특성 변화(XPS 분석) 63
• 3.6.LiBOB 적용에 따른 Si 의 계면 모식도 65
• 3.7. LiBOB 적용에 따른 Si 의 열적 특성 변화 67
• 참고문헌 72
• ABSTRACT* 79