용매열 합성법을 통해 형태 조정가능한 LiFePO4 리튬이온전지 양극 제조

초록

온실가스로 인한 기후변화가 해결이 시급한 문제로 부각되면서 에너지 저장 및 변환에 대한 이슈는 세계적인 주요 관심사가 되었다. 이에 리튬이온전지는 친환경 에너지 변환 장치 중 하나로써 하이브리드 전기자동차(HEV), 전기자동차(EV) 등의 성장과 함께 에너지 시장의 큰 축으로 자리잡고 있다. 높은 용량을 특징으로 하는 LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1,NCM), LiNixCoyAlzO2(x+y+z=1, NCA)와 같은 삼원계 소재가 현 시장에서 지배적이지만 원자재 가격 상승으로 인해 저렴한 가격, 우수한 안전성을 가진 LiFePO4(LFP)가 재조명 되고있다. 그러나, 낮은 이온확산계수와 전기전도성은 Olivine-type LFP의 고질적인 문제점이며 이를 입자 형태와 크기를 조절하거나 전도성 물질의 코팅하는 방안이 제시되고 있다. 한편, LFP를 제조하는 다양한 합성법 중 Solvothermal/Hydrothermal(ST/HT)방식의 합성법은 입자 형태와 입자 크기를 제어하기 유리한 방법이다. 본 연구에서는 ST/HT 합성법을 이용하여 용매 조성에 따른 LFP의 입자크기 및 형태를 제어하는 연구를 진행하였다. LFP 합성을 위한 전구체로는 수산화리튬, 인산, 황산철을 이용하였다. 각 용매 조건에 따라 해당 혼합물을 합성시킨 후, 탄소 코팅을 하여 LFP/C를 최종 합성하였다. 얻어낸 LFP/C는 주사전사현미경(SEM)을 통해 입자크기 및 형태를 확인했으며, 투과전자현미경(TEM)과 X-ray 회절 분석법(XRD)을 통해 탄소 코팅 및 결정상을 분석하였다. 또한, Half-cell 조립을 통해 리튬이온전지 양극소재로서 전기화학적 성능을 평가하였다.