분광학적 방법을 통한 리튬이온전도성 고체 전해질 Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8의 구조적 특성 연구
Structural Characteristics Study of Lithium Ion Conductive Solid Electrolyte Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 by Spectroscopic Method
- 주제(키워드) Solid electrolyte , Li-ion battery
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 장혜영
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032246
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
산화물계 리튬이온 전도체인 Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 (x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5) 을 고상법으로 합성하고, 방사광 X-선 회절과 분말 X-선 회절, FT-IR과 Raman 분광법 데이터를 바탕으로 결정구조를 규명하였다. x값이 증가할수록 Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 구조에서 P의 비율이 줄어들고 이온반경이 상대적으로 큰 Si의 비율이 증가하기 때문에 단위격자의 부피가 증가하는 것을 확인하였다. 화합물은 공간군 C2/c의 단사정계 구조에 속하며 Ta 원자가 O 원자 6개와 팔면체를 이루고 P/Si 원자가 O 원자 4개와 사면체를 이루어 꼭지점의 산소를 공유하는 구조를 가지고 있다. X-선 회절데이터를 이용한 구조분석과 FT-IR, Raman 분석을 통하여 Ta-O 결합길이가 감소하고 Li-O 결합길이가 증가하는 경향을 확인하였다. 이로 인해 구조 속에서 리튬이온이 보다 자유롭게 이동 가능하여 이온전도 특성이 좋아진다. LTPSO 화합물의 이온 전도도는 x=0.1에서 0.5 순으로 5.45×10-4 S/cm, 6.73×10-4 S/cm, 8.70×10-4 S/cm, 8.35×10-4 S/cm, 5.19×10-4 S/cm를 보이며, 활성화에너지는 0.341eV, 0.338eV, 0.335eV, 0.325eV, 0.316eV임을 확인하였다. x=3까지는 이온전도도가 높아지며 x=0.4부터는 이온전도도가 0.3에 비하여 낮아지는 것을 확인하였다. 이는 상대적으로 이온전도도가 낮은 LiTaO3의 비율이 크게 증가하면서 이온전도 특성이 감소하는 것이다. 이러한 복합적인 요인들로 인해 Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 (0.1≤x≤0.5)에서 가장 이온전도도가 높은 화합물은 x=0.3인 Li1.3Ta2P0.7Si0.3O8으로 확인되었다.
more초록/요약
Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 (x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5), which is an oxide-based lithium ion conductor, was synthesized by a solid-state method, and X-ray diffraction and powder X- The crystal structure was identified based on ray diffraction, FT-IR and Raman spectroscopy data. As the value of x increases, the proportion of P in the Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 structure decreases and the proportion of Si with a relatively large ionic radius increases, so that the volume of the unit cell increases. The compound belongs to the monoclinic structure of space group C2/c and has a structure in which Ta atoms form an octahedron with 6 O atoms and P/Si atoms form a tetrahedron with 4 O atoms to share oxygen at the vertex. Through structural analysis using X-ray diffraction data, FT-IR, and Raman analysis, it was confirmed that the Ta-O bond length decreased and the Li-O bond length increased. As a result, lithium ions can move more freely in the structure, improving ion conductivity. The ionic conductivity of the LTPSO compound was 5.45×10-4 S/cm, 6.73×10-4 S/cm, 8.70×10-4 S/cm, 8.35×10-4 S/cm, 5.19×10-4 S/cm in the order of x=0.1 to 0.5, and activation energies 0.341eV, 0.338eV, 0.335eV, 0.325eV, 0.316eV were confirmed. It was confirmed that the ionic conductivity increased up to x=0.3, and the ionic conductivity decreased compared to x=0.3 from x=0.4. This is because the ratio of LiTaO3, which has relatively low ionic conductivity, increases significantly, and the ionic conductivity properties decrease. Due to these complex factors, the compound with the highest ionic conductivity in Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 (0.1≤x≤0.5) was identified as Li1.3Ta2P0.7Si0.7O8 with x=0.3.
more목차
1. 서론 1
2. 실험방법 3
2.1 Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8 합성 3
2.2 분말 X-선 회절 분석 3
2.3 푸리에 변환 적외선 분광 분석 4
2.4 라만 분광 분석 4
2.5 임피던스 측정 4
3. 결과 및 고찰 6
3.1 결정 구조 분석 6
3.2 푸리에 변환 적외선 분광 분석 26
3.3 Raman 분석 28
3.4 이온 전도 특성 30
4. 결론 42
참고문헌 44
