고전류 구리-주석 합금 도금을 이용한 리튬이온 배터리의 음극재 제조법 연구

초록

최근 차세대 휴대용 전자기기나 전기자동차의 상용화 연구가 활발히 이루어짐에 따라 리튬이온 배터리가 주력 에너지 저장장치로써 활발히 개발되고 있다. 이러한 리튬이온 배터리의 음극 물질로써 주로 탄소 재료가 많이 사용되어 왔지만 낮은 이론용량 (372 mAh/g)으로 인하여 좀더 높은 용량을 가지는 금속이나 합금 등으로 대체하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 주석은 탄소 재료에 비해 3배 정도 높은 이론 용량 (993 mAh/g)을 가지고 있어 주목받고 있지만, 리튬이온 배터리의 충방전 과정 중에 급격한 부피 변화가 발생하여 전극이 손상되고 이에 따라 용량이 감소하는 한계점이 있다. 이 한계를 극복하기 위한 방법들 중 하나로 본 연구에서는 구리-주석 합금을 음극으로 사용하였다. 구리는 비활성 금속으로 충방전 중의 부피 변화에 완충제 역할을 하고, 연성과 전기전도성이 있어서 배터리의 전기화학적 성능 또한 향상시켜 준다. 고전류에서 도금을 실시하여 표면적이 넓은 foam 구조의 구리-주석 합금층을 제조하였고 이를 리튬이온 배터리의 음극으로 적용하여 메커니즘 규명을 위한 순환전압전류 실험, 반쪽전지 실험을 통한 충방전 싸이클 특성 및 효율을 확인하였다.