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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 장희동
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수86
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고용량 에너지 저장장치에 대한 수요가 증가함에 따라 리튬이온전지가 주요 전력원으로 자리잡고 있다. 본 연구에서는 실리콘-탄소계 복합체를 제조하여 고성능 리튬이온전지의 음극재로 활용하기 위한 연구를 수행하였다.
첫 번째로 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체를 에어로졸 자기조립과 후 열처리 공정을 이용하여 제조하였다. 복합체 제조 시 실리콘과 탄소나노튜브, 글루코스가 혼합된 콜로이드 용액 내 실리콘 및 탄소나노튜브의 농도에 따라 제조된 복합체의 물성과 전기화학적 성능을 비교 및 분석하였다. 제조된 복합체는 FE-SEM 분석을 통하여 구형인 것을 알 수 있었으며, 실리콘 표면에는 탄소나노튜브와 글루코스로부터 탄화된 탄소가 감싼 형태이었다. 복합체의 크기는 2.1 ㎛ ∼ 3.3 ㎛로 실리콘 및 탄소나노튜브의 농도가 증가할수록 커지는 것을 확인하였다. 또한 XRD와 Raman 분석결과를 통해 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 내에 실리콘과 탄소의 존재를 확인하였다. 제조된 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체의 전기화학특성평가 결과 전류밀도 0.2 A/g에서 100 사이클 경과 시 1042 mAh/g의 충?방전 용량을 나타내었다.
두 번째로 실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체를 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 제조 시와 같은 공정으로 제조하였다. 복합체 제조 시 실리콘과 탄소나노튜브, 그래핀 산화물이 혼합된 콜로이드 용액 내 탄소나노튜브의 농도에 따라 제조된 복합체의 물성과 전기화학적 성능을 비교 및 분석하였다. 제조된 복합체는 구겨진 공 모양으로 실리콘이 탄소나노튜브와 그래핀에 잘 감싸져 있는 것을 확인할 수 있었다. 복합체의 크기는 2.1 ㎛ ∼ 3.4 ㎛로 탄소나노튜브의 농도가 증가할수록 약간 커지는 것을 확인하였다. 또한 XRD와 Raman 분석결과를 통해 실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체 내에 실리콘과 탄소의 존재를 확인하였다. 제조된 실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체의 전기화학특성평가 결과 전류밀도 0.2 A/g에서 50 사이클 경과 시 1400 mAh/g의 높은 충?방전 용량을 나타내었다.
이상의 실험 결과로부터 실리콘-탄소계 복합체는 순수한 실리콘과 비교하여 우수한 사이클링 성능과 안정성을 나타내었음을 알 수 있었으며, 리튬이온전지용 고성능 음극재의 유망한 물질로 기대된다.
첫 번째로 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체를 에어로졸 자기조립과 후 열처리 공정을 이용하여 제조하였다. 복합체 제조 시 실리콘과 탄소나노튜브, 글루코스가 혼합된 콜로이드 용액 내 실리콘 및 탄소나노튜브의 농도에 따라 제조된 복합체의 물성과 전기화학적 성능을 비교 및 분석하였다. 제조된 복합체는 FE-SEM 분석을 통하여 구형인 것을 알 수 있었으며, 실리콘 표면에는 탄소나노튜브와 글루코스로부터 탄화된 탄소가 감싼 형태이었다. 복합체의 크기는 2.1 ㎛ ∼ 3.3 ㎛로 실리콘 및 탄소나노튜브의 농도가 증가할수록 커지는 것을 확인하였다. 또한 XRD와 Raman 분석결과를 통해 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 내에 실리콘과 탄소의 존재를 확인하였다. 제조된 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체의 전기화학특성평가 결과 전류밀도 0.2 A/g에서 100 사이클 경과 시 1042 mAh/g의 충?방전 용량을 나타내었다.
두 번째로 실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체를 실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 제조 시와 같은 공정으로 제조하였다. 복합체 제조 시 실리콘과 탄소나노튜브, 그래핀 산화물이 혼합된 콜로이드 용액 내 탄소나노튜브의 농도에 따라 제조된 복합체의 물성과 전기화학적 성능을 비교 및 분석하였다. 제조된 복합체는 구겨진 공 모양으로 실리콘이 탄소나노튜브와 그래핀에 잘 감싸져 있는 것을 확인할 수 있었다. 복합체의 크기는 2.1 ㎛ ∼ 3.4 ㎛로 탄소나노튜브의 농도가 증가할수록 약간 커지는 것을 확인하였다. 또한 XRD와 Raman 분석결과를 통해 실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체 내에 실리콘과 탄소의 존재를 확인하였다. 제조된 실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체의 전기화학특성평가 결과 전류밀도 0.2 A/g에서 50 사이클 경과 시 1400 mAh/g의 높은 충?방전 용량을 나타내었다.
이상의 실험 결과로부터 실리콘-탄소계 복합체는 순수한 실리콘과 비교하여 우수한 사이클링 성능과 안정성을 나타내었음을 알 수 있었으며, 리튬이온전지용 고성능 음극재의 유망한 물질로 기대된다.
목차
1.서 론11.1연구배경11.2이론41.2.1 리튬이온전지 음극재41.2.2 실리콘-탄소계 복합체71.3연구 목적 및 내용92.실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 제조 및 특성 평가102.1실 험102.1.1실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 제조102.1.2분석 및 특성평가132.2결과 및 고찰142.2.1실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 제조: 실리콘 농도 변화142.2.2실리콘-탄소나노튜브-탄소 복합체 제조: 탄소나노튜브 농도 변화212.2.3전기화학 특성평가 초기테스트263.실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체 제조 및 특성평가313.1실 험313.1.1실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체 제조313.1.2분석 및 특성평가343.2결과 및 고찰353.2.1실리콘-탄소나노튜브-그래핀 복합체353.2.2전기화학 특성평가464.결 론50참고문헌52
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