표제지
목차
국문 초록 9
제1장 서론 11
1.1. 고전압 스피넬 양극소재 : LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ 11
1.2. LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄/전해질 계면 및 입자 표면 구조 개질 13
제2장 이론적 배경 15
2.1. LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄의 결정구조 15
2.2. LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄의 탈리튬(delithiation) 공정 18
제3장 실험 및 분석 방법 20
3.1. LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ 제조 및 KOH 표면처리 공정 20
3.2. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 물성 평가 방법 22
3.3. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 전기화학적 충·방전 성능 평가 방법 23
제4장 실험결과 및 토의 24
4.1. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 결정구조 분석 결과 24
4.1.1. R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 X선 회절(XRD) 분석 24
4.1.2. R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 라만(Raman) 분광 분석 28
4.2. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 입자 형상 및 비표면적 분석 결과 30
4.3. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 화학 조성 및 상 분석 결과 32
4.3.1. R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 조성(ICP-OES) 분석 32
4.3.2. LNMO_KOH에 대한 원소 분포(EELS) 분석 33
4.3.3. LNMO_KOH에 대한 상(TEM) 분석 35
4.4. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 입자 표면 상태 분석 결과 37
4.4.1. R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 표면 구조(FT-IR) 분석 37
4.4.2. R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 표면 결합(XPS) 분석 40
4.5. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 전기화학적 성능 평가 결과 46
4.6. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 구조 및 열 안정성 평가 결과 54
4.6.1. R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 구조 안정성(Ex-situ XRD) 분석 54
4.6.2. R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 열 안정성(TGA-DSC) 분석 55
4.7. 제조된 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄에 대한 K₂CO₃ 및 산 처리 결과 57
제5장 결론 60
참고문헌 61
Abstract 68
학회 발표 및 연구 논문 실적 70
[표. 1] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 ICP-OES 분석 결과 32
[표. 2] 무질서한 스피넬 구조 LNMO에 대한 결정면과 면간거리 36
[표. 3] Mn 3s XPS 스펙트럼의 △EMn 3s 값으로부터 추정된 망간 산화수[이미지참조] 44
[표. 4] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 EIS 분석 결과 53
[그림. 1] KOH 표면처리를 통한 LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ 입자 표면 및 내부층 구조 제어 14
[그림. 2] LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄의 정렬된(ordered) 스피넬 구조 17
[그림. 3] LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄의 무질서한(disordered) 스피넬 구조 17
[그림. 4] LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ 제조 및 후속 KOH 표면처리 공정에 대한 개략도 21
[그림. 5] R-LNMO, LNMO_KOH 및 (Ni, Mn) 탄산염 전구체에 대한 XRD 패턴 25
[그림. 6] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 XRD 패턴(32°≤2θ≤50°) 26
[그림. 7] R-LNMO 및 LNMO_KOH의 (111) 결정면에 대한 X선 회절 피크 27
[그림. 8] 다결정 LNMO 입자를 구성하는 결정립의 크기에 대한 개략도 27
[그림. 9] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 라만 분광 스펙트럼 29
[그림. 10] (Ni, Mn) 탄산염 전구체에 대한 SEM 사진 31
[그림. 11] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 SEM 사진 31
[그림. 12] LNMO_KOH 입자의 단면 사진 및 원소(Li, K) 분포 34
[그림. 13] LNMO_KOH에 대한 EELS 스펙트럼 34
[그림. 14] LNMO_KOH에 대한 TEM 사진 및 전자 회절 패턴 36
[그림. 15] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 FT-IR 스펙트럼(800~400 cm⁻¹) 38
[그림. 16] pH에 따른 H₂CO₃, HCO₃⁻ 및 CO₃²⁻ 간 함량 비 39
[그림. 17] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 FT-IR 스펙트럼(1800~1300 cm⁻¹) 39
[그림. 18] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 O 1s, C 1s XPS 스펙트럼 42
[그림. 19] 알칼리 금속의 이온화에너지 차이에 따른 스크리닝 효과 43
[그림. 20] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 K 2p XPS 스펙트럼 43
[그림. 21] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 Mn 3s XPS 스펙트럼 44
[그림. 22] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 Mn 2p XPS 스펙트럼 44
[그림. 23] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 Ni 2p XPS 스펙트럼 45
[그림. 24] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 충·방전 곡선(0.2 C) 49
[그림. 25] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 사이클 수명 곡선(0.2C, 100 회) 50
[그림. 26] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 dQ/dV (vs. V) 곡선 (5th)[이미지참조] 51
[그림. 27] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 GITT 분석 결과 52
[그림. 28] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 EIS 스펙트럼(DOD50) 53
[그림. 29] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 Ex-situ XRD 패턴(0.2C, 100 회) 54
[그림. 30] R-LNMO 및 LNMO_KOH에 대한 TGA-DSC 분석 결과 56
[그림. 31] R-LNMO 및 LNMO_K₂CO₃에 대한 XRD 패턴 58
[그림. 32] R-LNMO 및 LNMO_K₂CO₃의 (111) 결정면에 대한 X선 회절 피크 58
[그림. 33] LNMO_K₂CO₃에 대한 충·방전 곡선(0.2 C) 59
[그림. 34] 산 처리된 R-LNMO에 대한 충·방전 곡선(0.2 C) 59