* Li이온전지에 대한 음극물질의 Li MAS NMR연구(Lithium MAS NMR studies of cathode materials for lithium-ion batteries)

전문가 제언

□ Li이온 재충전 전지에 사용된 음극물질을 연구하기 위한 NMR은 전하 상태의 함수로서 음극물질의 국부구조와 전자적 성질을 연구하는데 대한 강력한 기법이 되어가고 있다. 전지의 전기화학적 순환과정 전과 후 모든 경우 상자성 또는 금속상태일지라도 이들 물질의 스펙트라로부터 풍부한 정보를 얻는 것이 가능함을 명백히 나타내었다.

□ 망간산리튬에서 Li초미세 이동은 이들 화합물에서 Li와 Mn의 산화상태에 대한 배위환경으로 합리화 될 수 있다. 초미세 이동이 Curie-Weiss법칙을 따르는 시스템의 경우에 Li과 그것의 가까운 Mn이온 간에 관련성을 분석하여 그 이동의 크기와 방향을 예측하는 것이 가능하다. 비 -Curie-Weiss 거동은 가변온도 NMR실험을 수행하거나 온도의 함수로 NMR이동을 모니터하여 쉽게 결정된다.

□ NMR에 의해 전형적으로 영향을 받기 쉬운 온도에서, 자기적 성질이 Curie-Weiss거동으로부터 강한 편차를 보이는 물질에 대한 NMR이동은 이들 계의 다른 d-궤도함수의 국부배치와 채움에 강력히 의존된다. 상자성체들간 강한 잔류 반강자성 상호작용을 하는 시스템은 상자성체간 더욱 약한 자기 상호작용을 포함하는 계의 이동에 근거하여 예기되는 이동보다 더 작은 이동을 나타낸다.

□ NMR은 국부구조에 도핑효과를 시험하기 위해 사용되는데, 예를 들면 스피넬 상(phase)의 NMR연구는 양이온도핑이 그 스피넬에서 Mn이온의 평균산화상태를 증가시키는 결과가 됨을 나타낸다. 이 산화상태 증가는 그 결함에 가까운 Mn이온의 산화를 통해 일어나지만 내부의 다른 Mn 이온의 산화상태 증가에 이르지는 않는다.

□ 이것은 이들 물질의 층간삽입과정에 대한 중요한 영향을 갖는다. 그 결함들 가까이 있는 Li이온들은 더 큰 산화수의 이온들 가까이 있고 그러므로 더 높은 전압에서 탈 층간 삽입만이 될 수 있다. NMR은 Li이 온전지에 대하여 광범위한 음극물질에 응용되었고 이 연구 분야에서 극히 중요한 특성규명장치로 되어가고 있다.

□ 매직각회전(MAS) NMR은 일명고체상태 NMR이라고도 하며 고체상태의 폭넓은 NMR을 MAS하여 예리한 스펙트라를 얻어 고 분해능의 분석을 고체물질에 대하여 가능하게 한다. 특히 Li이온 재충전 전지의 음극물질에 대한 또는 MAS NMR연구는 물질의 구조적, 기능적 특성규명, 공명이동메커니즘규명, 성능개선 및 새로운 고성능전지 개발에 필수적인 분석 장치이다.

□ 그러나 MAS와 NMR의 결합 상 아직 극복해야할 많은 실험적 난점들과 스펙트럼분석상의 어려움이 많다고 본다. 이것을 대신하여 포항방사광연구실의 싱크로트론방사광을 이용한 XAS(XANES/EXAFS)를 사용하면 고용체내의 중심원자에 대한 근접원자들의 배위수, 결합길이, 결합각 산화상태, 결합의 특성 등을 더욱 명확히 규명할 수 있어 그 기법의 대용을 추천한다.

□ 실제로 화학적 및 전기화학적 Li이온추출(탈삽입)된 LiyCo0.85Al0.15O2화합물에 대한 XAS분광학적 연구가 J. Phys. Chem. B, 1999. 103(31), 6457~6465에 발표된바 있다. PLS(포항가속기연구소)의 김민규 박사가 그 전문가로 연구의 도움을 받을 수 있다.

저자

Grey, Clare P.; Lee, Young Joo

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2003

권(호)

5(6)

잡지명

Solid State Sciences

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

883~894

분석자

여*현

분석물

• Li이온전지에 대한 음극물질의 Li MAS NMR연구.pdf [292,201 byte]

이미지변환중입니다.