Preparation of Si/C/rGO granular composites via spray drying method and application as lithium-ion battery anode material

Abstract

리튬이온전지는 최근 몇 년 동안 휴대용 전자 기기, 전기 자동차, 그리고 대규모 에너지 저장 시스템과 같은 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 에너지 시장의 수요 증가로 인해 에너지 밀도가 높은 차세대 리튬이온 배터리를 개발에 대한 필요성이 증가하고 있습니다. 대안으로 떠오르는 다양한 음극 소재 중 최근 실리콘(Si)이 주목을 받고 있습니다. 실리콘의 이론용량은 4200 mAh g⁻1 로, 현재 널리 사용되는 흑연의 약 10 배 이상의 높은 이론용량을 가지고 있습니다. 그러나, 실리콘은 충전과정 중에 약 3 배의 급격한 부피 팽창이 발생하여 전극에 손상을 일으키거나 활물질이 집전체에서 탈리되어 리튬이온전지의 내구성 및 전기화학적 성능이 저하되는 문제가 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 부피팽창을 억제하는 Si/C 복합체를 개발하거나 Si 표면에 여러 탄소나노재료를 코팅 하는 등 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 본 연구에서는 상기한 단점을 해결하기 위해 볼밀과 스프레이 드라이 기법를 이용하여 물리적, 구조적으로 안정된 Si/C/rGO 구형 구조 복합체를 합성하였습니다. 합성된 복합체를 리튬이온전지 음극재로 활용하여 전기화학적 물성들을 테스트한 결과 우수한 전기화학적 특성과 함께 안정한 충/방전 테스트 결과를 보여주었습니다.