Electrochemical study of manganese oxide using solid-state method at low temperature.

Abstract

리튬이차전지의 양극활물질 중에서 망간을 이용한 양극활물질은 친환경적, 경제적인 장점으로 인해 많은 연구가 진행되고 있다. 망간산화물 중 스피넬 구조를 가지는 LiMn2O4의 경우 이론용량이 148 mAh/g으로 매우 낮고, 3차원적인 터널구조를 가지고 있다. 이에 반해 LiMnO2는 285 mAh/g의 높은 이론용량과 층상 채널구조를 갖고 있어 많은 주목을 받고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 층상구조의 망간산화물은 충·방전이 진행됨에 따라 스피넬로의 상 전이가 발생하고 Jahn-teller 효과에 의한 급격한 용량감소를 나타내는 단점을 가지고 있다. 이에 많은 연구자들은 고온고상법을 통한 양·음이온자리에 전이금속을 부분 치환하는 방법으로 스피넬로 전이되지 않는 망간산화물을 합성하고자 많은 연구를 하고 있다. 또한 J.R Dahn등은 soft chemistry를 이용하여 층상망간 산화물을 합성함으로서 스피넬(spinel)상으로 전이가 되지 않는 O2 구조를 보고하였다. 본 연구에서는 LiOH·H2O 와 γ-MnOOH를 시작물질로 하여 300 ∼ 400 ℃ 범위의 저온에서 고상 반응법을 이용하여 LiMnO2를 합성하였다. 이렇게 합성된 LiMnO2 양극활물질은 충·방전이 진행됨에 따라 스피넬로 상전이가 발생하였지만 용량보존율이 기존의 고온에서 소성 반응시킨 망간산화물등과 비교하여 우수하였다. 본 연구에서 합성된 망간산화물의 초기 방전용량은 185 mAh/g 으로 매우 높았으며, 50th 싸이클 경과 후 177 mAh/g 의 용량을 보여, 수명특성도 매우 우수하였다. 또한 수명 특성과 입자 크기의 상관관계를 규명하고자, 3hr ∼ 12hr까지 다양한 분쇄시간(grinding time)에 따른 효과를 관찰하였다.