실리콘 기반의 차세대 리튬 이온전지용 고성능 음극재료

전문가 제언

○ 최근 시장에서 대표적으로 유통되는 고성능 배터리는 리튬 이온전지이다. 하지만 리튬 이온전지는 1년 정도 휴대전화용으로 사용하면 충전 성능이 80% 정도로 떨어지는 단점이 있다. 게다가 이런 단점은 대용량 제품을 만들수록 더욱 심해져 보통 소형 가전제품에만 활용되어 왔다. 이 원인은 리튬이온전지에 주로 쓰이고 있는 흑연 음극소재의 효율이 떨어졌기 때문이었다.

 

○ 실리콘이나 게르마늄으로 음극소재를 개발하려는 시도가 있었지만 급격한 부피 변화 때문에 충전과 방전을 반복하면 성능이 급격히 떨어지 단점이 발견돼 실용화 되지 못했다. 2014년 전남대 신소재공학부에서는 장기간 사용해도 성능 저하가 거의 없고 전기 저장용량도 큰 차세대 리튬 이온전지용 소재를 개발했다. 실리콘을 기반의 음극 재료는 리튬 이온전지에서 높은 용량을 위한 재료에 널리 알려져 있지만, 아직까지 극복해야 할 기술적인 문제들이 많이 있다. 이유는 전기화학 공정 중에 발생하는 큰 부피 변화 때문이다.

○ 2014년 중국의 Yanping Liu등은 리튬 이온전지에 사용될 실리콘 기반 재료의 화합물 시스템, 나노 구조 배열, 재료 합성 방법을 전기화학 성능 측면에서 연구하였다. 이러한 실리콘 음극 재료의 장단점과 성능 요소를 제시함으로써 향후 리튬 이온전지를 제조하는 기업에게도 많은 도움을 줄 것이다. 나노 구조의 재료는 짧은 확산 거리와 더욱더 넓은 체적 변화를 조절함으로써 전기화학적 성능의 현저한 향상을 나타낼 수 있다.

 

○ 연료전지 자동차와 같은 고출력의 이러한 전지의 실용적 가능성을 위하여 는 높은 성능 비가 요구된다. 또 리튬 이온전지가 상용화 시장에 진입하기 위해서는 수명 연장과 저가격화가 가장 중요하다. 실리콘 재료는 저렴하며 향후, 기술 정보지원과 함께 리튬 이온전지를 생산 공급하는 국내의 중소기업에서도 실리콘 음극의 성능 향상을 위한 지속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

저자

Bo Liang, et al,

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

267()

잡지명

Journal of Power Sources

과학기술
표준분류

재료

페이지

469~490

분석자

김*상

분석물

• 실리콘 기반의 차세대 리튬 이온전지용 고성능 음극재료.pdf [364,932 byte]

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