산화코발트/산화구리@타이타니아 나노튜브 복합체의 제조와 리튬이차전지로의 적용

초록

최근 높은 용량 및 급속충전시에도 안정적인 리튬이온배터리의 수요가 증가함에 따라 기존 그래파이트를 대체할 수 있는 타이타니아 기반 물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있으나, 타이타니아는 그래파이트에 비해 낮은 이론용량을 가진다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 높은 이론용량을 가지는 전이금속산화물, 특히, 산화코발트를 도입하는 시도가 많이 이루어지고 있으나 충·방전시 높은 부피팽창 변화와 비싼 가격 때문에 상용화의 어려움이 있다. 최근, 하이브리드-전이금속산화물 복합체가 리튬이온배터리 내에서 충·방전시 시너지효과를 발휘하여 배터리 성능을 향상시킬 수 있다는 연구결과를 바탕으로, 본 연구에서는 양극산화 방법을 이용하여 충·방전시 부피팽창 변화가 매우 적고, 넓은 비표면적을 갖는 타이타니아 나노튜브 구조를 제작한 후, 그 위에 비교적 간단한 스프레이 공정을 이용하여 산화코발트 및 가격이 저렴하고 높은 이론용량을 가지는 산화구리를 코팅한 복합체를 형성하였다. 또한, 시너지 효과를 극대화 시키기 위하여 코팅한 전이금속산화물의 몰비율을 최적화 하였으며, 이를 리튬이온배터리에 적용시킨 결과, 기존 그래파이트 음극재에 비해 약 5배 이상의 높은 부피용량과 (~4320 mAh cm-3) 비교적 높은 무게용량 (~800 mAh g-1) 을 가졌고, 높은 전류밀도에도 구조적인 안정성을 유지함으로써 급속충전이 가능한 전극재로의 성능을 나타냄을 확인하였다.