내 신청현황
종류	모집공고명	진행상태
신청내용이 없습니다.

첨단기술정보

home
알림마당
과학기술정보분석
첨단기술정보

리튬이온전지의 고용량 음극재료: 리튬합금과 금속산화물

전문가 제언: ○ 휴대용 전자기기는 물론 자동차에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있는 리튬이온전지에서 현재 가장 많이 사용되고 있는 음극재료는 흑연이다. 비교적 작은 비용량(372mAh/g)과 전극 내부에서의 Li의 느린 확산속도 등의 단점에도 불구하고 흑연이 널리 사용되는 이유는 그 구조가 층상이라 충전 시 Li를 흡수하여도 체적 팽창이 작아 사이클 수명이 길기 때문이다. 그러나 역시 작은 비용량 때문에 흑연을 다른 음극재료로 대체하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

○ 흑연의 대안으로 고려되고 있는 것은 Si, Sn, Ge, SnO2, Fe2O3/Fe3O4, CoO/Co3O4, CuO 등이다. 예를 들어 Si와 Sn의 비용량은 각각 4212mAh/g과 990mAh/g으로 흑연보다 훨씬 크다. 그럼에도 불구하고 이것들이 음극재료로 사용되지 못하는 이유는 Li 삽입 후 체적 팽창이 흑연의 경우보다 수십 배나 더 크기 때문이고, 산화물 음극재료의 경우에도 상황은 비슷하다. 음극재료의 성능 향상을 위해 다음과 같은 다양한 방법이 시도되고 있다.

○ Li의 출입에 따른 전극의 큰 체적변화를 완화하기 위해 다상 복합재료를 이용한다. 주로 탄소기반 재료들이 음극재료의 활성 매트릭스로 사용된다. 또 재료를 나노사이즈로 만들어 Li의 확산거리를 줄이고, 팽창/수축에 의한 변형의 영향을 줄인다. 이 방법은 Li의 출입속도를 증가시키는 효과도 있다. 또 나노입자의 표면상태를 전기화학반응에 적합하도록 바꾸기도 하고, 전극재료와는 무관하지만 신축성이 큰 점결제를 사용하여 음극재료의 팽창/수축의 변형을 흡수하기도 한다.

○ 국내의 탄소 음극재 산업은 매우 활발하여 포스코켐텍과 GS칼텍스가 각각 3000t/y 및 2000t/y 규모로 천연흑연과 연질탄소(soft carbon)를 생산하고 있다. 연질탄소는 층상구조인 천연흑연보다 수명은 짧으나 출력은 더 높다는 이점이 있다. 그러나 흑연 대체재료 연구는 별로 활발하지 못하여 LG화학에서 Si계 음극재료에 대한 연구를 수행하고 있을 뿐이다. 국내에서도 가까운 장래에 상용화가 예상되는 Si/Sn 계 음극재료에 대한 연구가 활발해지기를 기대한다.

저자: Chu Liang, Mingxia Gao, Hongge Pan, Yongfeng Liu, Mi Yan
자료유형: 학술정보