구리-주석 합금 도금층을 음극으로 사용한 리튬이온 배터리 성능 평가

초록

최근 차세대 휴대용 전자기기나 전기자동차의 상용화 연구가 활발히 이루어짐에 따라 리튬이온 배터리가 주력 에너지 저장장치로써 활발히 개발되고 있다. 이러한 리튬이온 배터리의 음극 물질로써 탄소 재료가 많이 사용되어 왔지만 낮은 이론용량 (372 mAh/g)으로 인하여 좀더 높은 용량을 가지는 금속이나 합금 등이 주목을 받게 되었다. 그 중에서도 주석이 탄소 재료에 비해 3배 정도 높은 이론 용량 (993 mAh/g)을 가지고 있지만 리튬이온 배터리의 충방전 과정 중에 급격한 부피 변화가 발생하여 음극이 손상되고 이에 따라 용량이 급격하게 감소하는 한계점이 있다. 이 한계를 극복하기 위한 많은 방법들 중 하나가 구리-주석 합금을 음극으로 사용하는 것이다. 구리는 비활성 금속으로 충방전 중의 부피 변화에 완충제 역할을 하고, 연성과 전기전도성이 있어서 배터리의 전기화학적 성능 또한 향상시켜 준다. 이에 따라, 본 연구에서는 고전류에서 구리-주석 합금 도금을 통하여 표면적이 넓은 리튬이온 배터리의 음극을 만들어 반쪽전지 실험을 통한 500회 충방전 싸이클 특성 및 효율을 확인하였으며, 메커니즘 규명을 위한 순환전압전류 실험이 진행되었다.