리튬-이온전도성 세라믹의 Al도핑을 통한 이온전도성향상과 양극소재의 표면처리를 통한 특성향상에 대한 연구

[2025 카모페어]

이차전지(secondary battery)란, 충전하여 반복해서 사용할 수 있는 전지를 뜻한 다. 리튬이온전지(Lithium-ion secondary battery)는 이차전지의 일종으로서, 충∙방전 과정에서 리튬이온이 음극에서 양극으로 탈∙삽입하는 전지이다[12]. 전지는 크게 양 극, 음극, 전해질과 분리막으로 나눌 수 있으며 이외에 외장재와 전극단자를 포함하 고 있다. 양극과 음극에서는 산화환원반응이 일어나고 전해질은 리튬이온의 이동을 원활하게 한다. 양 전극 사이에는 분리막이 존재하는데, 이 것은 양 전극이 직접 맞 닿지 않도록 단락 방지역할을 한다. 각 구성요소에는 다양한 재료물질들이 적용될 수 있다. 음극재질로는 탄소계 소재들이 주로 이용되며, 흑연이 상업적으로 가장 많 이 이용되는 재질이다. 양극에는 층상구조의 리튬코발트 산화물(lithium cobalt oxide), 올리빈 구조의 인산철리튬(lithium iron phosphate, LiFePO4)그리고 스피넬구 조의 리튬망간산화물 등이 대표적이다. 각각의 전극 물질로는 리튬이온이 탈/삽입 될 수 있는 구조를 갖는 재료가 사용된다. 전지 내의 물질 상태가 양극과 음극에서 서로 달라, 물질의 고유 에너지 상태가 발생하여 에너지 상태의 차이(전위차)가 발 생하게 되고 이로 인해 전자가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하고 전기가 발생하게 된다. 리튬이온전지는 충∙방전과정에서 양극과 음극 사이에서 전해질을 따라 리튬 이온이 이동하게 되고, 전자는 도선을 통해 이동하게 되는데, 이 때 리튬이온과 전 자는 전기적인 전하 중성을 이루어 전기 또는 화학에너지를 저장하게 된다. 방전 시 충전반응과는 반대로 전자를 잃은 리튬이온이 전해질을 통해 음극에서 양극으로 이동한다. 이러한 전극간의 리튬이온의 이동을 스윙효과라고 한다.

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