나트륨 이온 배터리용 다양한 바인더 소재를 사용한 Sn-Co 전극의 전기 화학적 특성

프레젠테이션

오늘날의 급속한 기술 발전으로 리튬 이온 배터리(LIB)는 모바일 기기, 전기 제품 및 전기 자동차의 전력 저장에 사용되고 있으며, 그 수요가 증가할 것으로 예상됩니다. 하지만 리튬은 풍부한 금속이 아니기 때문에 가격이 비쌉니다. 반면 나트륨은 풍부하고 저렴하기 때문에 나트륨 이온 배터리(SIB)에 대한 관심이 높아지고 있습니다. SIB 음극으로 사용하기 위해 연구된 재료로는 경질 탄소, 주석, 주석 기반 재료, 안티몬 기반 재료, 게르마늄 및 산화물 재료 등이 있습니다. 그러나 고용량과 우수한 사이클링 성능이라는 두 가지 요건을 모두 충족할 수 있는 소재는 거의 없습니다. 이전 연구에서 우리는 Sn-Co에 집중하여 주석 전극보다 더 나은 사이클링 성능을 나타내는 것을 발견했습니다. 또한 최근 리튬 이온 배터리용 합금 음극의 사이클링 성능을 향상시키기 위해 폴리 아크릴산(PAA), 폴리 아크릴 레이트 나트륨(PAANa), 카르복시 메틸 셀룰로오스 나트륨(CMC), 폴리이미드(PI) 등 다양한 바인더가 연구되고 있습니다. 본 연구에서는 재활용성을 더욱 향상시키기 위해 PAA, PAANa, CMC, PI를 바인더 재료로 사용한 음극의 전기화학적 성능을 조사했습니다. 또한 전극과 바인더의 부피 변화 및 접착 강도를 연구하여 사이클링 성능과의 관계를 밝혀냈습니다.

애플리케이션

본 논문에서는 나트륨 이온에 대한 다양한 바인더[폴리비닐리덴 플루오르화물(PVdF), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴레이트 나트륨(PAANa), 카르복시메틸셀룰로스 나트륨(CMC), 폴리이미드(PI)]를 사용한 Sn-Co 양극 소재의 충방전 성능에 중점을 두고, 사이클링 성능과 전극의 성능 간의 상관관계를 확인하기 위해 셀을 연구한 결과, PAA 또는 CMC 바인더를 사용한 Sn-Co 전극이 PVdF, PAANa 또는 PI에 비해 더 나은 사이클링 성능(최대 20 사이클 동안 400 mAh/g 이상의 방전 용량)을 나타냈다고 발표하였습니다, 현장 광학 현미경으로 관찰한 결과, 사이클링 중에 발생하는 전극의 부피로 인해 PAA 또는 CMC 바인더를 사용한 PAANa 또는 PI, Sn-Co 전극이 PAA 또는 CMC를 사용하여 더 나은 사이클링 성능(최대 20 사이클 동안 400mAh/g 이상의 방전 용량)을 나타냈습니다.

이미지 1은 현장 광학 현미경(Lasertec Corp., ECCS B310)을 사용하여 직접 관찰한 첫 번째 주기 동안의 WE 부피 변화를 보여줍니다. WE의 팽창 및 수축 속도는 선형 분석 모드에서 추정되었습니다. WE/세퍼레이터/CE(Na)의 반원형 셀 단면은 사파이어로 만든 투시창을 통해 이전에 보고된 것과 동일한 방식으로 광학 현미경을 사용하여 모니터링했습니다. 방전-충전 테스트는 위에서 설명한 버튼 셀과 동일한 조건에서 수행되었으며 결과는 버튼 셀과 유사했습니다.

출처

저자: 유키 유이 , 하야시 마사히코 , 하야시 카츠야 , 나카무라 지로

기관: 일본 가나가와현 아츠기시 NTT Corporation의 NTT 디바이스 기술 연구소 b 일본 도쿄도 도쿄공업대학 학제간 대학원 전자화학부, 과학 및 공학부 일본 도쿄, 도쿄공업대학 이공계 대학원 전자화학과 c NTT 네트워크 기술 연구소.

게재: 2015년 7월 17일 접수, 2015년 11월 24일 수정 접수, 2016년 1월 2일 수락

키워드: 나트륨 이온 배터리, 양극, 바인더, 주석-코발트, 현장 광학 현미경, Secas

저널: 엘스비어 B.V. 판권 소유.

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