리튬이차전지용 타이타네이트 나노튜브 음극물질의 합성 및 전기화학적 특성평가

Abstract

본 연구에서는 타이타네이트 나노튜브 내의 잔여 Na+의 양에 따른 워싱처리별 샘플을 제조하여 결정구조와 형상의 변화를 관찰하고, 리튬저장시험을 통해 리튬저장 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 그리고 볼밀링공정을 이용하여 단축의 나노튜브를 제조하여 나노튜브의 결정구조와 조직, 형상의 변화를 관찰하였으며, 리튬저장물질로서의 가능성을 고찰하였다. 제조된 나노튜브는 XRD결과 NayH2− yTi2O5 · H2O 상으로 사료되었으며 TEM 분석시끝이 열린 튜브형으로 직경이 9nm이며 multi layer층으로 이루어져있었다. 나노튜브 제조시 HCl 용액으로 산세척 공정시 pH를 달리하여 구조내 잔여 Na+양이 다른 다섯 개의 샘플을 제조하였다. 다른 조건과는 달리 pH 1로 워싱하였을 때 나노튜브내의 Na 이온량이 극미하게 나타났으나, 나노튜브 구조가 무너지고 anatase상이 관찰되었다. 구조적 변화에도 불구하고 pH1 조건시 초기 충방전량은 가장 높은 196 mAh· g− 1 와 340 mAh· g− 1을 보였다. 타이타네이트 나노튜브 내의 잔류하는 Na 이온량은 전지특성에 큰 영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 제조된 타�延립戮鉗� 나노튜브에 볼밀링공정을 15, 30, 45, 60분의 조건으로 실시하였다. 볼밀링이 진행될수록 수백nm길이를 가진 나노튜브는 단축의 나노튜브로 깨지고 이후 나노시트형태로 뭉치게 되어 anatase로 변하는 현상이 나타났다. 15분 조건하에서 가장 높은 비표면적과 충방전용량이 나타났으며 이는 나노튜브의 길이조절로 인해 비표면적이 증가하여 Li+ 흡착 site가 늘어나고 짧은 나노 채널을 통해 Li+의 이동이 원활해진다고 보인다.