리튬이차전지의 양극재로써 Fluorine이 치환된 LiFeBO3 표면 카본 코팅의 효과

Abstract

리튬 철붕산염(LiFeBO3 또는 LFeB)은 가격이 저렴하고 독성이 없는 특성 때문에 차세대 리튬이온 배터리의 양극재로 주목받는 물질이다. 여기서 BO3는 가벼운 Poly-anion 이기 때문에 이론적으로 220 mAh g-1의 높은 이론 용량을 구현할 수 있다. 특히, 이전에 보고된 연구에 따르면 LFeB 의 산소 자리에 플루오린 음이온을 미량 치환함으로써 Monoclinic 에서 Vonsenite 구조로의 상전이를 통해 LFeB 의 전기화학적 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 하지만, 충/방전 사이클링 중에 나타나는 구조적 불안정성으로 인해 방전 용량이 크게 감소하기 때문에 본 연구에서는 사이클링 과정 중 안정성을 확보하면서 전도성을 향상시키기 위해 플루오린이 치환된 LFeB(LFeBF)의 표면에 탄소를 코팅하고자 하였다. 본 연구에서는 X 선 회절(XRD), 7Li 핵자기공명(NMR) 분광법, 에너지 분산 X 선 분석(EDX), 투과 전자현미경(TEM) 등 다양한 분석 기법을 통해 탄소 코팅된 LFeBF(LFeBF/C)의 형태와 구조 등 특징에 대해 분석하였다. 또한 합성된 물질의 전기화학적 성능은 1.0-4.5V 의 전압 범위에서 galvano static charging/discharging 테스트를 사용하여 측정되었다.|Lithium iron borate (LiFeBO3 or LFeB) is a potential candidate to use as a cathode material for next generation of Li-ion batteries due to its inexpensive and non-toxic characteristics. In addition, since BO3 is a light polyion, it is theoretically a strong candidate with a large capacity of 220 mAh g-1. The electrochemical performance of LFeB can be greatly improved along with the phase transition from monoclinic to vonsenite structure by substituting F anion at the oxygen sites of the LFeB. It should be noticed that the discharge capacity is greatly reduced due to structural instability occurring during cycling. Therefore, in this study, the surface of the fluorine-substituted LFeB is modified with carbon coating in order to increase the conductivity while ensuring the stability during the cycling processes. In this study, the morphology and structure of synthesized materials were characterized through various analysis techniques such as X-ray diffraction (XRD), 7Li nuclear magnetic resonance (NMR), Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX), and Transmission electron microscopes (TEM) to evaluate the effectiveness of carbon coating. In addition, the electrochemical performance of the synthesized material was measured using galvano static charge/discharge tests with a potential range of 1.0–4.5 V.