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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박경원
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수34
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전기차 시장이 성장함에 따라 이에 적합한 에너지밀도가 높은 고용량, 고안정성의 전극소재가 요구된다. 양극 소재의 경우 Nickel Cobalt Aluminum(NCA), Nickel Cobalt Manganese(NCM) 등 활발한 연구가 진행되어 상용화가 진행되고 있으나 음극 소재의 경우 현재까지 흑연 소재가 사용되고 있어 연구가 필요하다. 흑연계 음극 소재는 이론적 용량이 372 mAh g-1으로 낮아 전기자동차와 같은 고용량 장비에 적합하지 않다. MoS2의 경우 1675 mAh g-1의 높은 이론적 용량을 가지는 동시에 103 % 라는 비교적 낮은 부피팽창률을 가져 차세대 음극 소재로 주목받고 있다. 하지만 MoS2 음극소재는 낮은 전기전도도와 충ㆍ방전시 집전체에서의 활물질 박리 현상으로 인해 전극의 수명특성이 좋지 않아 추가적인 연구가 필요하다.
본 논문에서는 MoS2의 낮은 수명특성을 극복하고자 메탄의 열분해 과정에서 생성된 탄소를 사용하여 MoS2/C 복합체를 형성하였다. 메탄의 열분해 시간을 1, 3, 5시간으로 설정하여 탄소의 양이 각각 2.8, 7.5, 14 wt.%인 MoS2/C-1, MoS2/C-3, MoS2/C-5를 합성하였다. 또한, 메탄을 사용하지 않고 질소가스를 사용하여 순수한 MoS2를 합성하였다. 합성된 MoS2/C 복합체는 결정질의 MoS2와 비정질 탄소의 복합체이다. 생성된 탄소가 MoS2 입자 내 외부에 고르게 분포하여 순수한 MoS2보다 비표면적과 기공 크기가 감소하여 더욱 조밀한 구조를 가지는 것으로 확인되었다. 배터리 성능 테스트 결과 순수 MoS2는 초기용량 1225.9 mAh g-1 용량유지율 30 %를 나타냈지만 MoS2/C-3 음극 소재는 초기용량 1978.1 mAh g-1 용량유지율 110 %를 나타냈다. 네 가지 샘플 중 MoS2/C-3 음극 소재가 가장 좋은 성능을 가지는 것을 확인하였다. 이는 비정질 탄소와 MoS2의 복합체 형성으로 전기전도도와 구조적 안정성이 증가되었기 때문이다. 더 나아가 MoS2/C-3을 사용한 완전전지 실험으로 MoS2/C 복합체가 리튬이온배터리의 음극 소재로서 잠재력을 가지는 것을 확인 하였다.
본 논문에서는 MoS2의 낮은 수명특성을 극복하고자 메탄의 열분해 과정에서 생성된 탄소를 사용하여 MoS2/C 복합체를 형성하였다. 메탄의 열분해 시간을 1, 3, 5시간으로 설정하여 탄소의 양이 각각 2.8, 7.5, 14 wt.%인 MoS2/C-1, MoS2/C-3, MoS2/C-5를 합성하였다. 또한, 메탄을 사용하지 않고 질소가스를 사용하여 순수한 MoS2를 합성하였다. 합성된 MoS2/C 복합체는 결정질의 MoS2와 비정질 탄소의 복합체이다. 생성된 탄소가 MoS2 입자 내 외부에 고르게 분포하여 순수한 MoS2보다 비표면적과 기공 크기가 감소하여 더욱 조밀한 구조를 가지는 것으로 확인되었다. 배터리 성능 테스트 결과 순수 MoS2는 초기용량 1225.9 mAh g-1 용량유지율 30 %를 나타냈지만 MoS2/C-3 음극 소재는 초기용량 1978.1 mAh g-1 용량유지율 110 %를 나타냈다. 네 가지 샘플 중 MoS2/C-3 음극 소재가 가장 좋은 성능을 가지는 것을 확인하였다. 이는 비정질 탄소와 MoS2의 복합체 형성으로 전기전도도와 구조적 안정성이 증가되었기 때문이다. 더 나아가 MoS2/C-3을 사용한 완전전지 실험으로 MoS2/C 복합체가 리튬이온배터리의 음극 소재로서 잠재력을 가지는 것을 확인 하였다.
목차
국문초록 ⅴ영문초록 ⅶ제 1 장 서론 11.1 리튬이온배터리 11.2 연구배경 및 연구목적 2제 2 장 실험방법 62.1 MoS2 전구체의 제조 62.2 순수한 MoS2의 제조 62.3 MoS2/C 복합체의 제조 62.4 MoS2, MoS2/C 복합체의 구조분석 102.5 MoS2, MoS2/C 복합체를 사용한 반쪽전지 제작 102.6 MoS2/C-3, LiCoO2를 사용한 완전 전지 제작 112.7 MoS2, MoS2/C 음극 소재의 전기화학 분석 12제 3 장 실험결과 133.1 MoS2, MoS2/C 음극소재의 구조분석 133.1.1 X선 회절 분석(XRD) 133.1.2 라만 분광 분석 143.1.3 투과전자현미경 분석(TEM) 173.1.4 비표면적 분석(BET 분석) 193.1.5. 열 중량 분석(TGA) 및 전기전도도 분석 213.2 MoS2, MoS2/C 소재의 전기화학 분석 243.2.1. 순환 전압 전류(CVs) 분석 243.2.2. MoS2, MoS2/C 음극 전극의 충ㆍ방전 곡선 253.2.3. MoS2, MoS2/C 음극전극의 수명특성 분석 263.2.4. MoS2, MoS2/C의 충ㆍ방전 전,후 SEM 이미지 분석 283.2.5. 임피던스 분광법(EIS) 353.3. 도전제를 사용하지 않는 반쪽 전지 분석 393.4. MoS2/C-3와 LiCoO2를 사용한 완전 전지 분석 43제 4 장 결론 46참고문헌 47
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