고성능 리튬 이온 전지 음극재료를 위한 질소 원자가 도핑된 삼차원 다공성 탄소 음극재료의 합성과 특성 연구

Abstract

본 연구에서는 고강도 주형 합성법 (hard template synthesis) 을 이용하여 16 nm와 32 nm 기공 크기의 삼차원 다공성 탄소 (three-dimensionally ordered mesoporous carbons, 3DOm C) 을 합성한 후 암모니아 기체 열처리를 통해 질소 원자가 도핑된 삼차원 다공성 탄소 (nitrogen-doped 3DOm C, N-3DOm C) 을 최종적으로 개발하였다. 이를 LIBs의 음극 소재로 도입하여 배터리 성능을 측정한 결과 3DOm C의 기공 크기와 표면적, 그리고 전기 전도도가 LIBs 배터리 성능에 영향을 미치는 요소임을 심도 있는 전기화학분석을 통해 확인하였다. 또한 암모니아 기체 열처리가 단순한 질소 원자의 도핑작용뿐 만 아니라 3DOm C의 활성화 (activation) 을 통해 표면적을 동시에 향상시키는 복합기능성 열처리 합성법임을 밝힘으로써 복잡하지 않고 간단하게 고용량 탄소계 음극 소재를 개발할 수 있는 방법론을 제시하였다.