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[재료공학실험1-KU] Li Metal 2차 전지 조립 및 성능측정(결과보고서)

저작시기 2013.04 |등록일 2013.04.14 | 최종수정일 2016.03.29 워드파일MS 워드 (docx) | 5페이지 | 가격 3,900원

소개글

Li Metal 2차 전지 조립 및 성능측정 실험에 대한 결과보고서

목차

1. 리튬이온전지의 구성요소와 각 구성요소에 대하여 설명하시오.
2. 현재 상용화된 셀에 쓰이고 있는 LiCoO2(양극)와 Graphite(음극), Li Metal의 이론용량을 구하시오
3. LiCoO2의 실제 전지에서의 용량은 이론 용량의 50~60% 밖에 사용할 수 없고, 또한 충전함에 따라 LiCoO2의 부피가 증가한다. 그 이유를 설명하시오.
4. 밑에 그림과 같이 Graphite를 음극의 경우 충전,방전 시 세번의 potential plateau가 생기는 이유를 설명하시오.

본문내용

1. 리튬이온전지의 구성요소와 각 구성요소에 대하여 설명하시오.
가. 구성요소
아래의 모식도를 통해 구성요소를 알 수 있으며, 이 중 양극활물질, 음극활물질, 전해질, 분리막이 4대 구성요소이다.(자료출처: 삼성SDI홈페이지, 리튬이온전지의 충,방전원리))

나. 구성요소의 작동원리
위의 `이온이차전지의 원리`의 예를 리튬이온전지로 들어보자. 두 전극의 한쪽은 리튬-코발트 산화물을, 다른 한쪽은 흑연을 쓴다. 두 극이 모두 층상구조로 리튬이온이 층간에 들어갔다 나왔다 하면서 충방전이 계속된다.

<중 략>

또한 충전함에 따라 LiCoO2의 부피가 증가한다. 그 이유를 설명하시오.
위의 2번 설명에서 이어서 설명하면, 첫 충전에서 LiCoO2의 리튬 중 x 만큼이 탄소 음극으
로 이동하여 LixCy를 형성한다. 통상 x=0.5 정도의 리튬이 LiCoO2로부터 방출되도록 전지를
설계한다. x가 0.5 이상이면 LiCoO2의 결정성이 저하되어 전지의 비가역적 충방전이 급속
히 진행되어 사이클 수명이 급감한다. 따라서 전지로서 이용가능한 최대 방전용량은 이론
용량의 1/2인 137 mAh/g 정도이다.
부피팽창의 이유는 리튬이온이 실리콘을 잘라놓은 표면(110면)으로 몰려 특정방향으로 팽창
일어나기 때문이다. 리튬이온 2차전지의 대표 음극소재인 실리콘 내에서 형성되는 비정질상,
결정상 계면현상을 원자 수준에서 해석한 결과이다.

참고 자료

(논문) Irreversible capacities of graphite anode for lithium-ion batteries(Chunsheng Wang) from Journal of Electroanalytical chemistry
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