Synthesis and characterization of O2 structure LiMnO2 compounds as cathod for Rechangeable lithium Batteries

Abstract

층상구조를 가지는 리튬망간 산화물 재료는 리튬 이차전지용 양극재료로 많은 연구가 진행되어 왔으며, 높은 에너지 밀도와, 저가격 등의 특성으로 차세대 양극재료로 기대되고 있다. 리튬망간 산화물은 여러형태로 존재하고 있으며, 그 중 층상구조를 가지는 O3구조의 LiMnO2는 열역학적으로 불안정한 상태이기 때문에 충,방전시 안정한 스피넬 상으로 상전이가 발생하여 셀 특성이 급격히 떨어진다. 최근 Dahn 등에서 보고한 이온교환법으로 제조된 O2구조의 LiMnO2는 O3구조 및 ABCABC배열인 스패넬 구조와는 다른 ABBA의 oxygen stacking 을 가진다. 따라서 스피넬 상으로의 변화는 모든 Mn-O결합파괴에 의한 산소격자의 재배열이 일어나야 하므로 충,방전에 따른 O2에서 O3로의 구조 변화는 없을 것으로 기대된다. 따라서, 본 연구에서는 O2구조의 LiMnO2 양극재료를 P2구조의 Na2/3(Li1/6Mn5/6)O2를 이온교환하여 합성하였다. 합성된 리튬망간 산화물에는 0.067wt%의 Na이 잔류하였는데, Na플러스 이온의 일부가 층상구조의 interslab 공간내에 trap되었거나 나트륨 망간 산화물 형태가 불순물로 잔류하였을 거라고 생각되어진다. 합성된 리튬망간 산화물의 특성은 XRD,FE-SEM,ICP,HR-TEM,DTA를 이용하여 조사하였으며, 전기 화학적 특성을 알아보기 위해 정전류 충,방전 실험을 하였다.