• 한국표면공학회지
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• 제57권5호
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• pp.425-431
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• 2024

As demand in the electric vehicle market increases, the development of high capacity, high energy density lithium-ion batteries (LIBs) is required. Silicon has a extremely high theoretical capacity of 4200 mAh/g, but low cycle life and structural instability due to high volume expansion during charging and discharging are critical issue to solve. A reduced silicon oxide has also a high theoretical capacity of 2500 mAh/g and recently studied extensively for its low-cost, superior cycle life, and structural stability. In this study, we first synstheized SiO₂ particles by sol-gel method using tetraethyl orthosilicate (TEOS) precursor. The SiO₂ particle size was controlled with an average particle size of 300-600 nm by the addition amount of TEOS, NH₃, and H₂O. The synthesized SiO₂ particles were reduced to SiO_x through the magnesiothermic reduction reaction (MRR), and electrochemical characteristics were evaluated according to the particle size of SiO_x. For electrochemical characterization, SiO_x (10 wt.%) was mixed with graphite, and 2032 half cells were fabricated to obtain charge-discharge curve, cycle performance, rate performance, and electrochemical impedance spectroscopy curves. As a result, the mean size of SiO_x particle decreases from 600 to 300 nm, the initial discharge capacity increases from 459.9 to 556.5 mAh/g with the single capacity from 1359.4 to 2325.3 mAh/g, respectively. Finally, the present result shows the availability of MRR process to obtain reduced silicon oxide particles and sized dependent electrochemical properties to develop high capacity and high energy density LIBs.

• 공업화학
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• 제26권5호
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• pp.543-548
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• 2015

리튬이온 전지용 음극소재의 용량 및 사이클 성능을 향상시키기 위해서 Si/C/CNF 합성물의 특성이 조사되었다. 제조과정으로는 SBA-15를 합성하고 볼밀링을 이용한 마그네슘환원을 통해 Si/MgO를 얻은 다음, Phenolic resin과 CNF를 이용해 탄화과정을 거쳐 최종적으로 산처리하여 Si/C/CNF 활물질을 합성하였다. 합성된 Si/C/CNF는 BET, XRD, FE-SEM 그리고 TGA를 이용하여 분석하였다. $50^{\circ}C{\sim}70^{\circ}C$까지 온도에 따라 SBA-15를 합성한 결과 $60^{\circ}C$에서 가장 큰 비표면적을 갖는 결과를 얻었다. 또한 LiPF6 (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%) 전해질을 사용하여, 충방전, 사이클, CV와 임피던스 등과 같은 전기화학적 테스트를 수행하여 Si/C/CNF 전극의 이차전지 음극활물질로서 성능을 조사하였다. Si/C/CNF (Si : CNF = 97 : 3 중량비)를 이용한 전지의 용량은 1,947 mAh/g으로 다른 합성물보다 우수한 결과를 보였다. CNF 첨가량이 3 wt%에서 11 wt%로 증가함에 따라 용량 보존율이 84~77%로 안정성이 감소되었다. Si/C/CNF 합성소재 전극이 이차전지의 사이클 성능과 전기전도도를 개선할 수 있다는 것을 알 수 있었다.