리튬이온전지 양극 활물질의 제일원리계산

전문가 제언

○ 근래 휴대전화기, PDA, 노트북 등의 전자기기에 대한 소형화, 경량화, 고성능화가 진행되고 있다. 그 중에서 가장 많이 사용되는 리튬이온 배터리는 모바일기기 전원으로 개발이 진행되어 왔다. 그러나 최근 전력계통, 수송기기, 산업기기 등 다양한 분야의 에너지원으로 큰 주목을 받고 있다.

 

○ 대부분의 소형 리튬이온전지는 양극 활물질로 LiCoO2가 사용되고 있다. LiCoO2에 사용되는 Co는 매장량이 적고, 생산지가 특정 지역에 편재되어 있어, 고가이며 공급 면에서 불안한 재료이다. 따라서 양극 활물질에 대한 연구는 Co를 사용하지 않는 쪽으로 관심이 집중되어 왔다. 그 결과 연구는 Ni, Mn, Fe 등을 이용한 층상 암염형 구조의 LiNiO2, 스피넬 구조의 LiMneO4, 올리빈 구조의 LiFePO4 등이 개발되어 왔다.

 

○ 이 문헌에서는 오리빈형 LiMPO4(M=Mn, Fe, Co, Ni)를 선택하여 활물질의 기본적 정보인 결정구조와 전위평가에 관한 설명이다. 여기에서는 제일원리계산(first-principle calculation)을 활용하여 에너지가 최소가 되도록 격자정수와 원자좌표를 정밀화하고 있다.

 

○ 컴퓨터를 활용한 전산모사기법은 실험적 데이터의 해석에서 벗어나, 재료의 물리화학적 이해와 재료물성에 대한 예측 및 새로운 기능을 가지는 소재 설계까지 수행하고 있다. 이러한 기법은 대상계의 크기에 따라서 몇 가지가 있다. 특히 공학적 응용에서는 양자 모델링기법이 고체물리학과 재료과학 분야에 많이 사용되며, 밀도함수론에 기초하여 제일원리계산을 이용하고 있다. 이미 1998년 MIT의 Ceder 그룹은 제일원리 총에너지 계산법을 이용하여 LiCoO2의 충방전 특성을 설명하고 있다.

 

○ 이차전지 분야는 우리나라의 삼성SDI와 LG화학이 세계 선두그룹을 형성하고, 대형제품 개발에 노력하고 있다. 이미 국책연구소나 대그룹의 연구소에서는 제일원리계산을 활용하고 있으며, 이를 활용한 양극 활물질 개발에 대한 연구논문을 발표하고 있다. 이러한 전산모사기법은 재료분야 이외도 활용이 될 것으로 보이며, 가능하면 전산모사 소프트웨어가 국내에서 개발되기를 기대한다.

 

저자

Yukinori KOYAMA

자료유형

니즈학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

49(11)

잡지명

セラミックス

과학기술
표준분류

재료

페이지

931~935

분석자

김*환

분석물

• 리튬이온전지 양극 활물질의 제일원리계산.pdf [359,881 byte]

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