리튬이차전지 분리막 코팅용 보헤마이트의 형상에 따른 특성 연구
A study on characteristics according to the shape of boehmite for lithium ion battery separator coating
- 주제(키워드) 리튬이차전지 분리막 , 무기물 코팅 , 보헤마이트 , 고온 안정성 , 전기화학적 성능
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 강용묵
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 신소재공학과
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 57 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000270128
- UCI I804:11009-000000270128
- DOI 10.23186/korea.000000270128.11009.0001410
- 본문언어 한국어
초록/요약
리튬이온전지(Lithium-ion battery, LIB)의 구성 요소인 분리막은 양극과 음극의 물리적 접촉을 차단해 전기적 단락을 방지하고 이온의 이동만을 가능하게 하는 역할을 한다. 그런데 현재 LIB에 적용되는 폴리올레핀(Polyolefin, PO) 계열의 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)과 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 소재의 분리막은 고온에서 수축하여 단락의 위험이 있으며, 소수성으로 유기 전해질에 대한 젖음성, 함침성이 낮은 단점이 있다. 본 연구에서는 분리막 코팅재를 비표면적이 큰 구형으로 합성하여, 모재(Matrix)인 PP 분리막이 고온에서 용융될 때 분리막 코팅재와 결합되는 면적을 넓혀 고온 안정성을 향상시키고자 했다. 또한, 큰 비표면적으로 전해질 함침량을 증가시켜 이온전도도 향상으로 전기화학 특성을 개선하고자 했다. 분리막 코팅재로는 사이즈 및 형상 조절이 쉽고 구조 내 하이드록실 그룹(-OH)의 존재로 높은 PP 분리막 및 전해질에 대한 친화도를 갖는 보헤마이트를 채택하였으며, 비표면적이 큰 구형의 형태인 꽃 형상(Flower-like)과 중공미소구체(Hollow microsphere) 형상 두 가지로 합성하였다. 두 형상의 보헤마이트 중 분산성이 우수한 꽃 형상의 보헤마이트를 분리막 코팅재로 채택하였다. 분리막 코팅 후 150 ℃ 고온에서 30분간 분리막을 보관하는 열 수축 시험을 통해 고온 안정성을 확인하였으며, LiFePO4/Li 셀을 조립하여 순환전류전압 및 충·방전 테스트를 진행하여 전기화학적 성능을 평가했다. 본 연구의 결과 예상했던 결과와 달리 꽃 형태의 보헤마이트를 코팅한 분리막은 Bare PP 분리막 대비 고온 안전성은 개선되었으나, 상용 보헤마이트를 코팅한 분리막 대비 큰 차이를 확인할 수 없었다. 전기화학적 성능도 마찬가지로 향상을 확인 할 수 없지만, 코팅 시 통기도에 큰 감소 없이 전해질 함침량 증가로 우수한 이온전도도를 나타냈다. 이는 분리막 성능을 파악하기 위해 진행한 시험의 조건이 각 분리막의 성능을 명확하기 구별하기 어려운 가혹한 시험 조건이 아닌 것으로 판단된다. 향후 180 ℃의 고온 및 풀 셀 테스트 등 가혹한 조건에서의 추가 시험이 필요하며, 시험 시 고온 안정성 및 전기화학적 특성 차이를 판별 할 수 있을 것으로 예상된다.
more목차
목차
초록 i
ABSTRACT iv
목차 vi
표 목차 viii
그림 목차 ix
1장. 서론 １
2장. 실험 방법 ７
2.1 보헤마이트 합성 ７
2.2 분리막 코팅 ９
2.2.1 슬러리 제작 ９
2.2.2 분리막 코팅 ９
2.3 코팅 물질 및 분리막 분석 １０
2.3.1 전계방출형 주사전자현미경 분석(Field emission-scanning electron microscope, FE-SEM) １０
2.3.2 투과전자현미경 분석(Transmission electron microscope, TEM) １０
2.3.3 X-선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD) １１
2.3.4 퓨리에 변환 적외선 분광 분석(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR) １１
2.3.5 BET 비표면적 분석(Brunauer-Emmett-Teller, BET surface area analysis) １２
2.3.6 분리막 열 수축 시험 １２
2.3.7 시차주사열량계 분석(Differential scanning calorimeter, DSC) １２
2.3.8 전해질 함침성(Electrolyte uptake) 측정 １３
2.3.9 분리막 통기도 측정 １３
2.3.10 이온전도도측정(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS) １４
2.4 전기화학 특성 평가 １５
2.4.1 전극 제조 １５
2.4.2 하프 셀 조립 １５
2.4.3 순환전류전압(Cyclic Voltammetry, CV) 분석 １６
2.4.4 충·방전(Galvanostatic charge and discharge) 분석 １６
3장. 결과 및 고찰 １８
3.1 보헤마이트 및 분리막 분석 １８
3.1.1 보헤마이트 형상 및 비표면적 분석 １８
3.1.2 보헤마이트 결정구조 분석 ２２
3.1.3 분리막 코팅 상태 분석 ２４
3.1.4 코팅 분리막 열 수축 시험 ２６
3.1.5 코팅 분리막 전해질 함침성, 이온전도도 및 통기도 측정 ２８
3.2 전기화학적 특성 평가 ３２
4장. 결론 ３９
참고문헌 ４１
