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Sn-Sb 황화물유리를 이용한 고용량 음극의 개발

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

○ 흑연 대안으로 고려되고 있는 재료는 Si, Sn, Ge, SnO2, CoO/Co3O4, CuO 등이 있다. 예를 들어 Si와 Sn의 비용량은 각각 4212mAh/g과 990mAh/g으로 흑연보다 훨씬 크다. 그럼에도 불구하고 이것들이 음극재료로 사용되지 못하는 이유는 체적 팽창이 흑연보다 수십 배나 더 크기 때문이고, 활물질의 미분화나 집전체에서 박리가 일어나 수명특성이 열화하기 쉽기 때문이다. 이 문헌은 Sn-Sb 황화물유리 음극을 이용한 Li이온 2차전지 및 Na이온 2차전지에 대해 소개한다.

○ 현재 소형 이차전지 시장에서는 국내 업체들의 점유율이 계속 상승 중이나 양극, 음극 재료 등의 중요 부재료는 일본에 의존하고 있다. 향후 친환경자동차 시장이 확대되면 이차전지 수요 증가로 안정적인 부품공급과 소재확보 중요성이 높아질 전망이다. 국내 탄소 음극재 산업은 매우 활발하여 포스코켐텍과 GS칼텍스가 천연흑연과 연질탄소(soft carbon)를 생산하고 있다. 연질탄소는 층상구조인 천연흑연보다 수명은 짧으나 출력은 더 높다는 이점이 있다.

○ 국내에서 흑연 대체재료 연구는 별로 활발하지 못하여 LG화학에서 Si계 음극재료에 대한 연구를 수행하고 있을 뿐이다. 특히 Sn-Sb 황화물유리에 대한 연구는 문헌을 찾기가 어려운 상황이다. 국내에서도 가까운 장래에 상용화가 예상되는 Si/Sn계나 여러 가지 음극재료에 대한 연구가 활발해지기를 기대한다.

저자: Naoto YAMASHITA et al,
자료유형: 학술정보