Effect of Cathode/anode Weight Ratio in $LiCoO_2/MPCF$ Cell

$LiCoO_2/MPCF$전지에서 정$\cdot$부극 중량비의 영향

Li-ion cells employ lithium transtion metal oxide as the cathode material and carbon as anode material. To manufacture Li-ion cell with higher capacity and better cycle life, the utilization of electrode materials should be as high as possible without lithium deposition onto the carbon surface during charging. A careful design of cell balance between cathode and anode materials as well as a proper charge method is a key factor to design Li-ion cell with long cycle life. In this study, we investigated the effect of cathode/anode weight ratio on the performance of $LiCoO_2/MPCF$ cell. First we evaluated the charge-discharge behaviours of half-cells. And cylindrical Li-ion cells were fabricated using graphitized MPCF anode and $LiCoO_2$ cathode. The voltage profiles for each half-cell in $LiCoO_2/MPCF$ cell were measured by using lithium metal as a reference electrode. Also, we evaluated the cyclic performance of $LiCoO_2/MPCF$ cells according to weight ratio. From the result of experiment $LiCoO_2$ cathode utilization was independent of weight ratio, but MPCF anode utilization was dependant on weight ratio. Also, the optimal weight ratio of $LiCoO_2/MPCF$ cell was found to be $2.0\~2.2$.

Li-ion 2차전지는 정극재료로 리튬전이금속산화물을, 부극재료로 탄소를 사용한다. 고용량 및 장수명을 지닌 Li-ion 2차 전지를 제작하기 위하여, 충전중에 탄소표면에 리튬 석출이 없이 전극 활물질의 이용율은 가능한 높아야 한다. 정극 및 부극 재료의 balance 및 적절한 충전 방식이 Li-ion 2차전지의 설계에 있어서 중요한 요소이다. 본 연구에서는 $LiCoO_2/MPCF$전지의 성능에 미치는 정$\cdot$부극 중량비의 효과를 고찰하였다. 먼저 각 반전지의 충방전 특성을 평가하였다. 그리고 흑연화 MPCF를 부극으로, $LiCoO_2$를 정극으로 사용하여 원통형 Li-ion 2차전지를 제작하였다. 기준전극으로 리튬금속을 사용하여 $LiCoO_2/MPCF$전지에서 각 반전지의 전위를 측정하였다. 또한 중량비에 따른 $LiCoO_2/MPCF$ 전지의 충방전 수명 성능을 평가하였다. 시험 결과, $LiCoO_2$ 정극의 이용율은 중량비에 의존하지 않지만, MPCF부극 이용율은 중량비에 크게 의존하였다. 또한, $LiCoO_2/MPCF$전지의 최적 중량비는 $2.0\~2.2$인 것으로 판단되었다.