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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 유철휘
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 호서대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수41
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화석 에너지는 오랜 기간 동안 인류의 주 에너지원으로 사용되어왔으나 환경오염 및 자원의 고갈과 같은 문제들이 심화되었으며, 이러한 문제들을 해결하기 위한 여러 연구들이 진행 되어왔다. 그러한 연구들 중에서 신재생 에너지와 전기자동차가 지속적으로 주목 받아 왔으며, 그에 따라서 2차 전지 중에서 에너지 밀도가 가장 높은 2차전지인 리튬이온 배터리의 수요가 증가 하였다. 하지만 저온 상태에서의 리튬이온 배터리는 전해액의 이온전도도의 저하와 리튬석출 등의 문제로 인하여 용량과 수명이 급격히 감소하는 문제점이 있어 개선이 필요하다.
본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 상용되는 리튬이온 배터리에 자주 사용되는 1M LiPF6/EC:EMC(1:3) 전해액을 기준 전해액으로 두고 Methyl acetate(MA), Ethyl acetate(EA), Ethyl propionate(EP)의 3종 용매를 첨가하여 전해질을 제조하였다. 제조한 전해액을 인조흑연과 LiNixCoyAlzO2(NCA)을 전극으로 사용하여 coin cell을 제조였으며, 제조한 coin cell을 상온(25℃)과 저온(-20℃)상태에서의 전기화학적 특성 측정하였다.
전기화학적 특성의 측정은 Ion conductivity, Cyclic voltammetry, Galvanostatic charge/discharge, Electrochemical impedance spect roscopy(EIS)를 측정하여 저온상태에서의 특성의 개선정도를 확인하였다. 그 결과 1M LiPF6/EC:EMC:MA(1:3:6)의 조성이 저온상태에서 기준 전해액 보다 20.2%의 용량이 상승하였으며, 가장 좋은 전기화학적 특성을 보였다. 추가적으로 해당 조성의 전해액의 전기화학적 특성의 추가적인 개선을 위하여 Vinylene carbonate(VC)와 Fluoroethylene carbonate(FEC) 첨가제를 첨가하여 50 Cycle의 Cycle performance test를 1-Crate의 조건으로 진행하였다. 그 결과 VC첨가제를 추가한 전해액이 초기용량 대비 54%로 감소하여 첨가제를 추가하지 않은 전해액의 감소량인 21%보다 매우 급격한 용량감소를 보였다. 또한 Cycle performance test를 진행한 전해액들의 EIS측정 결과 VC첨가제를 추가한 전해액은 첨가제를 추가하지 않은 전해액 보다 전체저항이 100.8%증가하였으며, 이는 저온 상태에서의 충·방전 진행 중에 첨가제에 의하여 과도한 Solid electrolyte interphase(SEI) film를 형성하여 리튬이온의 이동을 방해한 것으로 판단된다. 결론적으로 1M LiPF6/EC:EMC(1:3)의 전해액을 기준으로 MA, EA, EP 3종의 용매 중에 MA를 첨가한 1M LiPF6/ EC:EMC:MA(1:3:6)조성이 가장 뛰어난 저온특성을 보여주었으며, 첨가제 VC는 저온상태에서 과도한 SEI film 형성 때문에 저온에서 적합하지 않은 첨가제로 판단된다.
본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 상용되는 리튬이온 배터리에 자주 사용되는 1M LiPF6/EC:EMC(1:3) 전해액을 기준 전해액으로 두고 Methyl acetate(MA), Ethyl acetate(EA), Ethyl propionate(EP)의 3종 용매를 첨가하여 전해질을 제조하였다. 제조한 전해액을 인조흑연과 LiNixCoyAlzO2(NCA)을 전극으로 사용하여 coin cell을 제조였으며, 제조한 coin cell을 상온(25℃)과 저온(-20℃)상태에서의 전기화학적 특성 측정하였다.
전기화학적 특성의 측정은 Ion conductivity, Cyclic voltammetry, Galvanostatic charge/discharge, Electrochemical impedance spect roscopy(EIS)를 측정하여 저온상태에서의 특성의 개선정도를 확인하였다. 그 결과 1M LiPF6/EC:EMC:MA(1:3:6)의 조성이 저온상태에서 기준 전해액 보다 20.2%의 용량이 상승하였으며, 가장 좋은 전기화학적 특성을 보였다. 추가적으로 해당 조성의 전해액의 전기화학적 특성의 추가적인 개선을 위하여 Vinylene carbonate(VC)와 Fluoroethylene carbonate(FEC) 첨가제를 첨가하여 50 Cycle의 Cycle performance test를 1-Crate의 조건으로 진행하였다. 그 결과 VC첨가제를 추가한 전해액이 초기용량 대비 54%로 감소하여 첨가제를 추가하지 않은 전해액의 감소량인 21%보다 매우 급격한 용량감소를 보였다. 또한 Cycle performance test를 진행한 전해액들의 EIS측정 결과 VC첨가제를 추가한 전해액은 첨가제를 추가하지 않은 전해액 보다 전체저항이 100.8%증가하였으며, 이는 저온 상태에서의 충·방전 진행 중에 첨가제에 의하여 과도한 Solid electrolyte interphase(SEI) film를 형성하여 리튬이온의 이동을 방해한 것으로 판단된다. 결론적으로 1M LiPF6/EC:EMC(1:3)의 전해액을 기준으로 MA, EA, EP 3종의 용매 중에 MA를 첨가한 1M LiPF6/ EC:EMC:MA(1:3:6)조성이 가장 뛰어난 저온특성을 보여주었으며, 첨가제 VC는 저온상태에서 과도한 SEI film 형성 때문에 저온에서 적합하지 않은 첨가제로 판단된다.
목차
목 차Ⅰ. 서 론 121. 연구 배경 및 목적 12Ⅱ. 이론적 배경 181. 리튬이온 2차전지의 원리 182. 리튬이온 2차전지의 구성 21가. 양극 21나. 음극 23다. 분리막 25라. 전해액 26Ⅲ. 실험 방법 281. 전지조립 28가. 양극 및 음극 활물질 선택 28나. 전해액 제조 28다. Coin cell 제조 302. 온도별 전기화학적 특성 분석 32가. Ion conductivity 32나. Cyclic voltammetry 32다. Galvanostatic charge/discharge 34라. Electrochemical impedance spectroscopy 35Ⅳ.결과 및 고찰 371. 전해액의 조성에 따른 온도별 전기화학적 특성 분석 37가. Ion conductivity 37나. Cyclic voltammetry 39다. Galvanostatic charge/discharge 42라. Electrochemical impedance spectroscopy 452. 첨가제에 따른 온도별 전기화학적 특성 분석 47가. Galvanostatic charge/discharge 47나. Cycle performance 49다. Electrochemical impedance spectroscopy 52Ⅴ. 결 론 54참고문헌 56영문초록
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