| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 | 26권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | Substitution Influence of Al3+ and Ga3+ cation on the Ionic Conductivity of Li1+XMXTi2-X(PO4)3 (X=0.1, 0.3, 0.4) Solid Electrolyte Synthesized by Sol-gel Method |
| 초록 | 모바일 전자기기, 전기자동차(EV) 그리고 ESS의 공급이 증가함에 따라 높은 에너지밀도를 갖는 리튬이온배터리(LIBs) 수요가 급증하고 있다. 하지만 기존의 리튬이온배터리는 가연성 유기용매인 액체 전해질(liquid electrolyte)을 포함하고 있어 누액 및 폭발 가능성으로 인한 낮은 전기화학적 안전성에 대한 문제가 이슈화 되고 있다. 이를 해결하기 위해 최근, 유기 액체 전해질을 무기 고체 전해질(solid electrolyte)로 대체한 전고체 전지(ASSBs)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 무기 고체 전해질은 Perovskite, NASICON, Garnet, LISICON, sulfide type의 후보 재료 중 NASICON (Na Super Ion Conductor) type은 환경친화적이며 낮은 원료 비용과 공기중에서 안정하고 높은 이온전도도로 인해 고체 전해질로서 유망한 재료로서 고려되고 있다. 일반적으로, NASICON type의 고체 전해질은 Rhombohedral 구조를 가지는 LiTi2(PO4)3 (LTP) system으로 octahedral TiO6와 tetrahedral PO4가 서로 oxygen으로 corner sharing 된 3D framework를 형성하고 있다. 이 재료는 grain에서 10-4 S/cm의 높은 이온전도도를 가짐에도 불구하고 grain boundary에서 매우 높은 저항(10-8~10-6 S/cm)을 가진다. 이온전도도를 높이기 위해 Ti4+ site에 3가 transition metal로 부분 치환하여 고체 전해질의 치밀화를 통한 이온전도도를 향상시키는 경향이 보고되고 있다. 또한 현재까지 고체전해질의 합성은 solid state reaction, melting-quenching 법으로 제조되어 왔다. 이는 1200 ℃의 높은 온도와 긴 유지 시간이 필요로 하기 때문에 높은 에너지와, 불순물 혼입, 입자 사이즈의 넓은 분포도 그리고 Li+ 손실이 발생 된다는 등 문제점들이 있다. 반면에, Sol-gel법은 다 성분 재료를 합성하는데 유리하며 응집이 적고 균일한 입도와 저온에서 합성할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 sol-gel 법으로 NASICON type을 갖는 LiTi2(PO4)3 system에서 Ti4+ site (61 pm)에 Al3+ (54pm)와 Ga3+ (62 pm)의 첨가량을 변화시켜 각각 합성하였으며 합성된 분말은 TG-DTA, XRD, XPS 분석을 행하였다. 또한 분말의 소결체는 FE-SEM을 통해 파단면을 분석하였고 apparent density와 AC Impedance를 이용하여 3가 원소 치환에 따른 고체 전해질로서의 이온 전도 특성을 평가하였다. |
| 저자 | 조성진, 최인희, 임대영, 송정환 |
| 소속 | 배재대 |
| 키워드 | <P>Lithium-ion batteries; Soild eletrolyte; Ionic conductivity; NASICON</P> |
