고상합성법을 사용한 다양한 소성 온도에서의 LiNi0.5 Mn1.5 O4 양극활물질 연구

A Study on LiNi0.5 Mn1.5 O4 Cathode Material at Various Annealing Temperatures via Solid-State Synthesis

본 논문에서는 비드밀 처리를 통해 원료 입자의 미세화와 균일성을 향상시키고, 스프레이 드라이어 공정에서 입자의 형태와 크기를 제어하여 분말의 분산도 및 형상 균질성을 개선 소성 온도별 조건을 변화시켜 LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 를제조하였다. 고상합성법 소성 공정을 통해 제조된 LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 를 XRD와 SEM을 통해 1차 입자와 2차 입자가 잘합성되는 것을 확인하였다. 소성 온도의 상승에 따라 전극 반응 속도에 영향을 미치는 Mn 3+ 이온이 증가한다. 750℃ 에서 소성된 LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 가 초기 용량에서 가장 효과적이었으며, 특히, 850℃에서 소성된 시료는 충/방전 조건에서 가장 우수한 속도 성능을 나타내었다. 900℃에서는 소성 온도가 증가함에 따라 리튬 증발을 촉진하여 전기화학적인 성능이 저하되는 현상이 나타났다. 고전압 양극활물질인 LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 를 리튬이온 이차전지에 적용하여 높은 에너지 밀도와 고전압 특성을 구현하는 연구 목표를 달성하였으며, 이를 통해, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 가 차세대 고성능 에너지 저장장치 소재로서 활용될 수 있음을 제시하였다.

In this study, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , which exhibits properties opposite to Mars and cannot be rejected by bead milling, was fabricated under different sintering temperatures to improve radioactivity and shape homogeneity by controlling the particle size and shape during the spray process. Using the solid-state synthesis method, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 was well synthesized into primary and secondary particles, as indicated by XRD and SEM results. As the sintering temperature increased, the number of Mn 3+ ions, which affect the electrode reaction rate, increased. Thus, high energy density and voltage were achieved by applying LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 —a high– voltage cathode active material—to lithium-ion secondary batteries. The results show that LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 is a promising material for the development of next-generation high-performance energy-storage devices.