Electrochemical Behavior of Lithium-Iron Oxide Electrode and Measurement of Chemical Diffusion Coefficient of Lithium

리튬-철계 산화물 전극의 전기화학 거동 및 리튬의 화학확산 계수 측정

Various compositions of iron oxide based materials as a cathode of lithium secondary battery have been fabricated and tested with electrochemical method. A layered form of $LiFeO_2$ was synthesized by mixing and heating the initial materials of $FeCl_3\;6H_2O,\;LiOH$ and NaOH at low temperature. The effect of changing the precursors composition was investigated. As a result, when increasing the additive amount of NaOH, the capacity of the electrode is decreased but the performance and declining rate of capacity became smaller. $LiFeO_2$ synthesized with the weight ratio of $NaOH/FeCl_3/LiOH,\;2/1/7$ showed the largest capacity, but the discharging efficiency was sharply decreased after 30 cycles. Charge-discharge tests of lithium cells with $LiFeO_2$ cathode having the layer structure were performed. This cell showed the reversibility in the range of 1.5-4.5V of cell voltage. By using CPR method, chemical diffusion coefficients were measured in 1M $LiPF_6/EC/DEC$ solution. The value of chemical diffusion coefficient decreased with increasing the lithium content x, In 0.5$10^{-11}^cm^2/s$.

본 연구에서는 리튬전지내 양극 재료로서 리튬철계 산화물을 제조하여 전극재료의 다양한 조성에 따른 전기화학적 특성을 고찰하고자 하였다 출발 물질인 $FeCl_3-6H_2O,\; NaOH,\;LiOH$를 혼합하여 저온으로 가열하여 층상의 $LiFeO_2$를 합성하였으며 출발 물질의 조성비를 바꾸어 그 영향을 조사하였다. 그 결과 NaOH의 첨가량이 증가할수록 전극의 용량은 감소하나 효율 및 용량의 감소율은 작아짐을 알 수 있었다. $NaOH/FeCl_3/LiOH$의 중량비를 2/1/7로 조성하여 합성하였을 때 가장 큰 용량을 보였으나 효율은 30회 순환 후 급격히 감소하였다. 층상의 $LiFeO_2$ 양극을 사용한 리튬 전지의 충방전 실험을 수행한 결과 이 셀은 1.5-4.5V의 범위에서 가역적임을 알 수 있었다 CPR방법을 사용하여 1M $LiPF_6/EC/DEC$ 전해질에서 확산계수를 측정하였다. 확산계수는 0.5$10^{-11}cm^2/s$임을 알 수 있었다.