고용량 리튬이차전지용 실리콘 합금소재의 전기화학적 평가와 부피변화 측정

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

mixing ratio of, 38:62 and average crystallite sizes of 23.3 and 40.6nm for silicon and TiFeSi2, respectively.
A conchoidal fracture of the Zangboite-structure TiFeSi2 matrix was observed through microscopy. Electrochemical tests showed characteristic features such as rapid stabilization of the first charging profile at about 0.005V and high cyclic performance. The OCP (Open Circuit Potential) measurement and ex-situ XRD represent the Li15Si4 as the final phase. In-situ measurements of the electrode thickness showed improvements in the magnitude and hysteresis of dilation.
Using FE-SEM, active materials of 3 um and 10 um different
sizes were measured from silicon powder.
Large particles of silicon powder have shown a little change in volume and good life characteristics measured by dilatometer cell measurement and electrochemical methods.
Taking into account that the grain sizes of 3 um silicon powder as smaller than that of 10 um silicon powder by FE-TEM, we estimate that the factor affecting the volume changed and the life characteristics of Si-based alloy materials is in fact not the particle size, but the grain size.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1. 리튬이차전지의 발전 1
• Ⅱ. 이론적 배경 3
• 2.1. 리튬이차전지의 개요 3
• 2.1.1. 리튬 이차전지의 원리 3
• 2.1.2. 리튬 이차전지의 구성 5
• 2.1.2.1. 양극(positive electrode) 5
• 2.1.2.2. 음극(negative electrode) 7
• 2.1.2.3. 전해질(electrolyte) 10
• 2.1.2.4. 분리막(separator) 15
• 2.2. 리튬이차전지의 음극소재 17
• 2.2.1. 흑연(탄소재) 17
• 2.2.2. 합금(비탄소재) 21
• 2.2.3. 실리콘 음극소재 25
• 2.3 전기화학 특성 분석법 27
• 2.3.1. 전압 및 용량 측정법 27
• 2.3.1.1. 정전류 시험법 27
• 2.3.1.2. 정전류/정전압 시험법 31
• 2.3.1.3. 속도 특성 측정법 31
• 2.4. Powder Neutron Diffraction 34
• 2.4.1. 리트벨트 분석법 및 특징 34
• Ⅲ. 리튬이차전지용 실리콘 합금의 전기화학 특성 분석 37
• 3.1. 연구배경 37
• 3.2. 연구목적 38
• 3.3. 실험방법 40
• 3.3.1 실험방법 개요 40
• 3.3.2. 실리콘 합금 제작 41
• 3.3.3. Powder Neutron 회절 분석 43
• 3.3.4. FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy)를
• 이용한 Morphology 분석 43
• 3.3.5. FE-TEM(Field Emission Transmission Electron Microscop
• y)를 이용한 결정립 크기 분석 43
• 3.3.6. X-ray 회절을 이용한 실리콘 결정상 분석 44
• 3.3.7. 전기화학 분석 방법 45
• 3.3.7.1. In-situ dilatometer-cell 이란? 45
• 3.3.7.2. In-situ dilation 측정 47
• 3.3.7.3. Coin half/full cell 제작 및 정전류/정전압 측정 47
• 3.3.7.4. 충전심도(State Of Charge)에 따른 OCP 분석 49
• 3.4. 결과 및 고찰 50
• 3.4.1. 실리콘 합금의 형상 및 정량 분석 평가 50
• 3.4.2. 실리콘 합금의 구조적 특성 평가 53
• 3.4.3. 중성자 회절 분석 평가 55
• 3.4.4. 전기화학 분석 평가 58
• 3.4.4.1. 실리콘 합금의 수명특성 평가 58
• 3.4.4.2. 미분 실리콘과 실리콘 합금의 충.방전에 따른 부피변화
• 비교 결과 61
• 3.4.4.3. 충전심도(State Of Charge)에 따른 OCP 분석 평가 64
• 3.4.4.4. 실리콘 합금의 이론용량 계산 결과 66
• 3.4.4.5. 결정립 크기에 따른 실리콘 합금의 수명특성 결과 68
• 3.4.4.6. 결정립 크기에 따른 실리콘 합금의 부피변화 측정 결과 71
• 3.4.4.7. FE-TEM 분석을 통한 결정립 관찰 결과 73
• Ⅳ. 결론 75
• 참고문헌 76
• Abstract 79