AFD(Aerosol Flame Deposition)방법을 이용한 리튬 이온 이차전지용 SnO_(x)-B₂O₃-P₂O_(5) 음극물질의 나노분말합성 및 전기적 특성평가

Abstract

마이크로전지란 기존의 전원과 전혀 다른 새로운 개념으로 전지의 구성요소인 양극, 음극, 전해질 등을 박막 화하여 그 크기를 초소형으로 만든 고밀도 에너지원으로서의 전지를 말하는 것으로 최근 전자산업, 이동통신 등 커뮤니케이션 산업의 급속한 발전과 함께 전자기기의 고에너지밀도와 마이크로 스케일의 on-chip화가 용이한 새로운 형태의 초소형 에너지원이다. 최근 들어 결정형 혹은 비정질형 주석 복합 산화물은 리튬이온 이차전지의 음극물질로서 1994년 Fuji Photo Film Co.에 의한 새로운 리튬이차전지의 음극 물질로 주석산화물을 제시한 이후로 주석산화물 음극의 큰 가역적 용량으로 인하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 주석과 리튬의 반응으로 생성되는 Li22Sn5의 혼합상은 주석원자 하나당 4.4개의 리튬 이온들을 저장할 수 있으며, 충전 시 가지는 이론용량은 994mAhg^(-1)로서 다른 물질들에 비하여 매우 큰 용량을 지닌다. 이러한 큰 이론용량을 가지고 있음에도 불구하고 주석산화물은 높은 초기 비가역 용량과 충방전시 싸이클 특성이 저하되는 문제를 가지고 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 비정질형 주석복합 산화물에 대한 연구가 진행 중에 있다. 비정질형 물질을 구성하는 B₂O₃-P₂O_(5)혼합물은 충방전시 발생하는 주석산화물의 부피 팽창을 억제시켜주며, 리튬 이온의 이동통로로서의 역할을 해준다. 본 연구에서는 주석산화물 나노입자와 비정질상을 만들어 주는 B₂O₃-P₂O_(5)혼합물을 불꽃화염 증착법을 이용하여 제조하였으며, 나노 크기의 입자를 가진 주석 복합 산화물을 제조하기 위하여 주석 염화물을 수용액 상태로 만든 후 초음파 진동자를 통하여 액적화 시켜 산소-수소로 이루어지는 불꽃화염에 첨가하고, 붕소 염화물과 인 염화물은 유량조절기를 통하여 불꽃화염에 동시에 첨가하여 제조하였다. 이렇게 제조되어진 산화물의 구조분석 및 성상을 분석하기 위하여 XRD, SEM 그리고 TEM을 이용하여 관찰하고, 전지의 특성을 시험하기 위하여 충방전 시험을 실행하였다.; Crystalline and amorphous tin based composite oxides have recently received considerable attention as a negative electrode for lithium ion secondary batteries. Tin accomodate 4.4 lithium ions per tin atom in the Li22Sn5 phase. This gives a theoretical specific charge capacity of 994mAh/g. In spite of their large theoretical capacity, the large irreversible capacity and large volume expansion during charging & discharging cycles are major obstacle for real application. The amorphous phase of B2O3-P2O5 was introduced to accommodate the volume expansion and offer nano-scale interfaces for electrochemical reaction as well as channels for ion drift. In this study, the nano-sized tin based composited oxides were synthesized by Aerosol Flame Deposition(AFD) technique. Single or multi-component amorphous oxide nano particles (soot) were synthesized by supplying metal halide sources such as chloride in the form of aerosol droplet into an oxy-hydrogen flame. Basic test for charging-discharging capacity was performed for coin type cells and the microstructural characterization was also performed.