Synthesis of polycrystalline powder of $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$ via the PVA-precursor method : the effect of synthetic variation on the electrochemical property of the lithium ion battery

PVA-전구체법을 적용한 $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$ 다결정성 분말의 합성 : 합성조건에 따른 리튬이온전지의 전기화학적 특성 고찰

By the PVA-precursor method, polycrystalline powder of $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$, cathode material for lithium battery, was synthesized. Using the powder as the cathode material, lithium ion batteries were fabricated, whose electrochemical properties were measured. The effect of changing synthetic conditions, such as PvA/metal mole ratio, concentration of PVA, degree of polymerization of PVA, pyrolysis condition, and metal stoichiometry, on the battery performance was investigated. Considering the initial performance of the cell, the optimum stoichiometry of the $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$, synthesized by the PVA-precursor method was observed to be x: 1.0 and y=0.26. A minor phase of $Li_2CO_3$, which was generated by the residual carbon in the powder precursor, deteriorated the performance of the cell. In order to eliminate the minor phase, the precursor had to be pyrolyzed under the flow of dry air. Annealing the powder at $500^{\circ}C$ under the flow of dry air also eliminated the minor phase, and the performance of the cell was largely improved by the treatment.

PVA-전구체법을 사용하여, 리튬전지의 양극물질인 $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$의 다결정성 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 양극물질로 사용하여 리튬이온전지를 제조하여 전지의 전기화학적 성질을 측정하였다. PVA와 금속이온간의 상대적 양, PVA의 농도 및 중합도, 열처리조건, 금속의 조성비 등 여러 다른 합성조건을 변화시키면서, 그러한 합성상의 조건 변화가 리튬이온전지의 전지특성과 어떠한 상호관계를 갖는지 조사하였다. 전지의 초기성능에 관한 한, PVA-전구체법으로 합성한 $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$의 경우, 최적의 조성은 x=1.0, y=0.26인 것으로 관찰되었다. PVA-전구체법으로 합성할 경우, 전구체에 남는 잔여탄소로 인해 형성되는 $Li_2CO_3$가 전지의 성능을 저하시키는 것으로 관찰되었다. 이를 제거하기 위해 건조 공기의 흐름 속에서 열처리를 하거나, 합성 후 2차 열처리 과정에서 $500^{\circ}C$의 온도에서 건조공기의 흐름을 유지하며 annealing 처리를 하는 것이 전지의 특성을 크게 개선하는 것으로 관찰되었다.