차세대 리튬이차전지용 전기화학적 박리 그래핀-유리섬유 분리막 일체형 유연 전극 제조

초록

리튬이온전지는 장수명, 높은 안정성, 우수한 환경 친화성 등의 장점으로 인해 휴대용 전자기기에 널리 사용되며, 플렉서블 전자기기의 잠재적 에너지 저장장치로 각광받고 있다. 현재 플렉서블 리튬이온전지의 전극은 금속 집전체의 사용 및 낮은 용량의 전극재료의 사용으로 인해 기계적 특성이 열악하고 에너지 밀도가 낮다는 한계가 있다. 따라서 흑연보다 전기전도성이 우수하고 넓은 비표면적을 갖으며 유연한 그래핀을 사용한 전극이 차세대 음극 소재로 주목받고 있으나, 높은 생산 단가 및 복잡한 생산 공정으로 인해 양질의 그래핀을 상업적으로 제조하여 활용하는 방안에 대한 연구가 더 필요한 실정이다. 본 연구에서는 양질의 그래핀을 손쉽게 제조하기 위해 흑연을 전기화학적으로 박리하여 사용하는 방법을 연구하였다. 양극으로 흑연 시트를, 음극으로 백금을 사용한 2-전극 시스템에 10V의 정전압을 인가하여 이온의 층간 삽입과 가스화 반응을 통해 효율적으로 그래핀을 박리하였으며, 리튬이온전지의 분리막으로 사용되는 유리섬유에 직접 여과시키는 방법을 통해 분리막 일체형 유연 전극을 제조하였다. 그래핀의 구조적/물리적 특성을 분석하기 위해 투과전자현미경(TEM)과 라만분광기(Raman spectra) 분석 방법이 사용되었고, 박리된 그래핀-분리막 일체형 전극의 측면과 표면 구조를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 분석하였다. 그래핀-분리막 일체형 전극은 반쪽전지 정전류 시험법을 이용하여 충방전 성능을 평가하였다.