An Electrochemical Study on the Carbon Black Conductor Prepared by Plasma Pyrolysis of Methane

Plasma carbon black(PB) which prepared by plasma pyrolysis of methane was treated at 800, 1300 and $2100^{\circ}C$ under $2\times10^{-2}$ torr. Four different samples including raw PB were added to $LiCoO_2$, cathode active material of lithium secondary battery, to investigate effects of properties of plasma black as conductors on electrochemical characteristics. Based on our experimental results, PB conductors with low amount of surface functional groups and high electrical conductivity enhanced the cyclability and the initial discharge capacity. However, deterioration of rate capability and cyclability were observed (or the plasma black treated at $2100^{\circ}C$ For the plasma black conductor prepared from plasma pyrolysis, the effects of properties of carbon black on electrochemical characteristics were combined results of changes in electrical conductivity and structural properties such as agglomeration of plasma black. The conductivity of plasma black increased with treatment temperature, while dispersion of plasma black decreased. As a result, the high cyclability of cell was observed at $800^{\circ}C$ of heat treatment temperature.

메탄 플라즈마 분해에 의해 제조된 카본블랙 도전재의 전기화학적 특성에 대한 연구

메탄의 플라즈마 열분해 방법에 의해 제조된 카본블랙을 $2\times10^{-2}torr$진공상태에서 $800,\;1300,\;2100^{\circ}C$의 온도로 열처리하여 원시료를 포함하여 물리적$\cdot$화학적 특성이 다른 4개의 시료를 준비하였다. 이 시료들을 리튬이차전지 양극 활물질인 $LiCoO_2$의 도전재로 사용하여 $Li/LiCoO_2$ 반쪽전지를 구성하고 변화된 도전재의 특성에 따른 셀의 전기화학적 특성 차이를 조사하였다 시료를 열처리하였을 때 표면화학그룹이 제거되고 전도도가 높아지면서 도전재로 사용하였을 때 사이클 특성 및 초기 방전용량이 향상되었다. 그러나, $2100^{\circ}C$에서 열처리한 시료를 도전재로 사용한 경우에는 사이클 특성 및 rate capability가 저하되는 것으로 나타났다. 이것은 플라즈마 블랙의 열처리에 의한 구조 변화에 따른 전극 내 분산 특성의 변화가 전도도 특성과 복합적으로 작용하여 제작한 셀의 전기화학적 특성에 영향을 미치기 때문으로 사료된다 열처리 온도가 높아질수록 카본블랙 표면의 관능기가 제거되면서 플라즈마 블랙의 전도도가 증가하였으나, 흑연화의 진행으로 나타난 agglomeration의 증가가 전극 내 분산 특성을 저하시키는 것으로 사료된다 그 결과 $800^{\circ}C$에서 열처리한 시료의 사이클 특성이 가장 우수하였다.