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R. Kohler*1, M. Bruns2, P. Smyrek1, S. Ulrich1, M. Przybylski3, W. Pfleging1
리튬 이온 배터리는 전력 밀도가 높고 방전 전압이 높기 때문에 전세계 휴대용 전자 기기에 널리 사용됩니다. 활물질 중 LiCoO2는 일반적으로 많이 사용한다. 특히 열처리를 통한 HT LiCoO2는 우수한 전기 화학적 안정성을 보여준다. 또한 laser structuring 기술을 이용하여 LiCoO2의 표면을 비균질화시켜 반응하는 표면적을 증가시켜 배터리 성능 테스트를 진행하였다.
Fig. 1은동일한 가공조건에서 조사되는 간격 다르게하여 가공한 SEM이미지 이다. Fig. 2는 Treatment(1)은 상대적으로 낮은 laser fluence를 이용하여 structuring 하였고 Treatment(2)는 상대적으로 높은 fluence를 이용하였다. 또한 Treatment(1)+(2)는 상대적으로 낮은 laser fluence를 사용용하여 가공한 후 ,상대적으로 높은 laser fluence를 사용하여 가공하였다다
Fig. 3은 Fig. 2에서 treatment(1)+(2)의 cross section 이다. 가공 전의 활물질의 높이보다 가공후 활물질의 높이가 더 높아진것을 볼수있다. 이러한 현상은 재료의 온도가 상승하면 표면 장력이 감소하기 때문에 재료가 고온의 영역에서 저온의 영역으로 이동하면서 표면의 구조가 성장하기 때문이다.
Fig. 4는 라만분광법을 이용하여 각각 다른 가공조건으로 제작된 LiCoO2의 성분을 분석하였다.
(1)Normal LiCoO2
(2)Unstructured, Furnace annealed at 600℃
(3)Unstructured, laser annealed at 600℃
(4)Structured, laser annealed at 600℃
(5)Unstructured, laser annealed at 700℃
(6)Structured, laser annealed at 700℃
Raman shift를 보았을 때 Intensity가 높을수록 해당 성분이 많다는 것을 확인 할수있습니다. 따라서 Laser structuring과 Laser annealing을 한 LiCoO2가 HT-LiCoO2가 많이 형성 된것을 확인할수 있었다.
Fig. 5는 돌기(cone) 모양의 표면의 이온확산메커니즘을 설명해주고있다.
Fig. 6은 배터리 성능 테스트이다. 고속충전을 할수록 Laser structuring과 annealing 한 전극이 오래 높은 용량을 유지하는것을 확인 할 수 있었다.