알루미늄 기판 위에 바나듐 산화물 도금을 통한 리튬 이온 이차전지 양극재 활용 연구

초록

최근 하이브리드 자동차와 전기자동차의 상용화 등 이차전지의 수요가 급격히 늘어남에 따라 높은 용량 및 에너지 밀도 그리고 빠른 충전 속도를 갖는 리튬 이온 이차전지를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용 리튬 이온 이차전지의 양극 물질로 가장 많이 사용되고 있는 LiCoO2는 작동 전압이 높고 용량이 크다는 장점이 있으나, 코발트의 가격이 고가이며 매장량이 적고 공해를 유발한다는 문제점을 가지고 있다. 이를 대체할 여러 후보 양극 물질 중, 바나듐 산화물은 비정질 상태에서도 매우 우수한 전극 특성을 보이고 산화수에 따라 상대적으로 높은 용량 (440mAh g-1)을 갖는다는 특징이 있다. 또한, 매장량이 풍부하고 상온에서 다양한 방법으로 합성할 수 있어 리튬 이온 이차전지의 양극 물질로 응용될 가능성이 매우 높다. 이에 본 연구에서는 양극의 집전체 (current collector)로 사용되는 알루미늄 기판 위에 바나듐 산화물을 도금을 통해 제조함으로써 리튬이온 배터리의 양극 물질로 활용하는 연구를 진행하였다. 금속 알루미늄 기판 위에 양극산화를 통해 다공성 알루미나를 형성한 후, thinning 과정과 펄스 도금법을 통해 금, 니켈 등 전도성이 우수한 물질을 증착하였다. 이후 전기 도금법을 통해 바나듐 산화물을 증착하여 리튬 이온 이차전지의 양극으로 활용 가능성을 평가하였다. 주사전자 현미경 (SEM)을 통해 표면 구조를 분석하였고, X선 회절 분석법 (XRD) 등을 통해 열처리 온도에 따른 바나듐 산화물의 결정성 및 표면 조성의 변화를 확인하였다.