표면 코팅법을 통하여 리튬이차전지용 양극물질의 전기화학적 특성 개선을 연구함을 목적으로 한다.
리튬이차전지 특성저하의 원인 중 하나인 양극물질과 전해질 사이의 원치 않는 계면반응을 억제하기 위하여 양극물질의 표면을 안정적인 물질로 코팅한다. 산화물 양극물질의 코팅물질로서 안정성이 높은 산화물 (Al2O3, ZrO2 등), 인산화물 (AlPO4, LaPO4, LiCoPO4 등), 불화물(AlF3, LaF3 등)을 사용할 수 있다.
본 연구에서는 양극물질로서 상용되어 있는 LiCoO2 산화물에 산화물 및 인산화물을 코팅하여 그에 따른 전기화학적 특성의 변화를 연구하였다. 양극활물질의 표면처리가 전기화학적 특성을 향상시키는데 효과적인 방법이기는 하나, 기존의 파우더 형태의 양극물질은 양극물질과 코팅층 사이의 계면반응을 직접적으로 관찰하기 어렵다는 단점이 있다. 일반적으로 pristine 양극파우더는 수 μm 에서부터 작게는 1 μm 이하의 크기를 가진 원형의 모양이다. 표면처리를 통하여 얻어진 양극파우더 표면엔 수 나노크기의 입자들이 붙어있는 것을 확인할 수 있음에도 불구하고, 코팅된 양극/전해질 계면현상에 대한 명확한 해석이 이루어지지 않는 이유는 양극/전해질 계면현상이 매우 미세한 부분에서 일어나기 때문이다. 양극 분말의 크기가 매우 작고 특히 코팅층은 수 nm 정도의 매우 얇은 층이기 때문에 TEM과 같은 장비를 사용하지 않고서는 형상의 관찰조차도 어렵다. 얇은 표면 코팅층은 이론적으로는 AFM, SIMS 등의 다양한 박막 분석기법을 통하여 분석해 볼 수 있으나 분말 1개를 관찰하기에는 존재하는 코팅층의 넓이가 측정장비가 계측하기 어려울 정도로 매우 작고, 또한 극판으로 제작된 표면을 관찰하기에는 표면의 평탄성 문제 등으로 실제 거의 사용되지 못해왔다. 이러한 문제점을 해결하고자 수 μm 크기의 양극 분말이 아닌, 두께는 얇으나 수 cm2의 넓이를 가진 박막으로 제조하여 전기화학적 특성을 측정하고 다양한 박막 분석 기법을 활용하여 양극과 전해질 간의 계면반응을 직접적으로 분석하였다.
본 연구는 표면 개질을 박막기법을 이용한 새로운 방식의 분석을 통하여 리튬 이차전지용 양극재료의 표면개질 기술의 향상에 기여할 수 있을 것으로 예상되며 대용량 이차전지의 안정성과 고율특성 향상에 많은 기여를 할 수 있을 것으로 생각된다.
리튬 이차전지용 박막 및 나노입자 양극물질의 표면 코팅 효과.pdf