플라즈마 전해산화법을 이용한 다공공 SiOx/TiO2 음극재 제조에 관한 연구

초록

상용화 리튬 이차전지의 음극재인 흑연은 수명특성이 우수하지만 372 mAh g-1의 낮은 이론용량의 한계를 가지기 때문에 높은 이론용량(4200 mAh g-1) 및 비교적 낮은 작동 전압(0.4 V vs. Li+/Li)을 지닌 실리콘이 차세대 고용량 음극 소재로서 많은 주목을 받고 있다. 하지만 실리콘 음극재는 배터리 충·방전 과정에서 ~400 %의 큰 부피팽창률에 의한 전해질 소모 및 전극 열화 현상이 나타나기 때문에 이에 대한 해결책을 찾기 위해 지속적인 연구 및 개발이 필요한 상태이다. 본 연구에서는 플라즈마 전해산화법(PEO)을 이용하여 높은 이론용량 및 사이클 안정성을 갖는 SiOx/TiO2 복합 필름을 제조하는 실험을 진행하였다. Ti felt 전극에 H2SO4-Na2SiO3 혼합용액을 전해질로 사용하여 150~250 V 사이의 정전압을 인가하였다. 이때, Ti felt에 고분자 물질을 도포하여 절연체막을 미리 형성함으로써 기존의 전압 조건보다 낮은 전압범위에서 플라즈마 전해산화반응을 유도하였다. 전해액 내 Na2SiO3를 농도에 따른 조성의 변화 및 SiOx/TiO2 복합 필름의 구조 변화를 주사전자현미경-에너지분산 X선 분광법(SEM-EDX), X선 회절 분석기(XRD) 및 광전자 분광기(XPS) 분석을 통해 확인하였으며, Half-cell 성능 평가를 통해 리튬이온전지 음극으로서의 성능을 평가하였다.