The study on the adverse effect of silicon oxide on the graphite-based anode for lithium-ion batteries
- 주제(키워드) Lithium-ion batteries
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 유승호
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 8
- 학위구분 석사
- 학과 대학원 화공생명공학과
- 세부전공 화공생명공학전공
- 원문페이지 50 p
- UCI I804:11009-000000277431
- DOI 10.23186/korea.000000277431.11009.0000121
- 본문언어 영어
초록/요약
Silicon oxide is a promising anode material for advanced lithium-ion batteries (LIBs) due to its better cycle performance than silicon and higher capacity than graphite. However, when silicon oxide is incorporated into a stable graphite anode, it adversely affects the cycle life and calendar life of LIBs, and the aging mechanisms of these materials are not well understood. Herein, I examine the thermal aging of the graphite@silicon oxide composite anode. Our findings show that when exposed to the high temperature, silicon oxide speeds up the irreversible lithium loss and induces the lithium de-intercalation from graphite. This phenomenon, known as self-discharge, is more pronounced in the anode incorporating graphite with silicon oxide compared to the one without silicon oxide. The self-discharge occurs due to parasitic reactions taking place at the interphase between silicon oxide and graphite, leading to the migration of electrons and lithium ions to balance the energy discrepancy between graphite and silicon oxide. Increasing our knowledge of the electron-level interactions between two anode materials within their composite anode will aid in improving the durability of silicon oxide-containing lithium-ion batteries (LIBs) during actual usage.
more초록/요약
실리콘 산화물은 실리콘에 비해 향상된 사이클 안정성과 흑연보다 높은 이론용량을 가지기 때문에 고에너지 밀도 리튬 이온 전지를 위한 유망한 소재이다. 그러나 실리콘 산화물이 흑연 음극에 포함되면 리튬 이온 전지의 구동 수명과 저장 수명에 부정적인 영향을 미치며, 이러한 소재의 노화 메커니즘에 대한 조사는 아직 부족하다. 본 연구에서는 실리콘 산화물에 의해 유도되는 흑연/실리콘 산화물 혼합 음극의 열적 불안정성을 조사하였다. 그 결과, 실리콘 산화물이 열에 노출되면 리튬의 고갈을 가속시키고 흑연에서 리튬의 탈리를 촉진한다는 것을 확인했다. 이 현상은 자가 방전이라고도 알려져 있으며, 실리콘 산화물이 있는 흑연 음극에서는 그것이 없는 음극보다 더욱 두드러진다. 자가 방전은 실리콘 산화물과 흑연 사이의 계면에서 부반응이 발생하고, 전자와 리튬 이온의 이동이 일어나면서 흑연과 실리콘 산화물 사이의 에너지 불균형이 조정된다. 복합 음극에서 흑연과 실리콘 산화물 사이의 이러한 전자 수준의 상호작용을 보다 깊이 이해함으로써 실제 구동 조건에서 실리콘 산화물을 포함한 리튬 이온 전지의 수명을 향상시킬 수 있을 것이다.
more목차
ABSTRACT i
국문 초록 ii
TABLE OF CONTENTS iii
LIST OF FIGURES iv
CHAPTER 1. INTRODUCTION 1
CHAPTER 2. EXPERIMENTAL SECTION 3
2.1 Electrode preparation 3
2.2 Electrochemical measurements 3
2.3 Operando optical microscopy experiments 3
2.4 In-situ and ex-situ XRD experiments 3
2.5 Material characterization 3
CHAPTER 3. RESULTS 3
3.1 Electrochemical performance degradation under thermal storage 3
3.2 Escalated lithium de-intercalation from the graphite under thermal storage 15
3.3 Instability of silicon oxide against the fluorine-containing electrolyte 20
3.4 Compositional change on SEI through thermal storage 27
CHAPTER 4. DISCUSSION 33
CHAPTER 5. CONCLUSSION 36
REFERENCES 37
