구연산과 붕사를 첨가한 실리콘 음극 슬러리의 유변물성 및 배터리 전기화학적 특성 연구
Rheological Properties of Silicone Anode Slurries with Citric Acid and Borax and Its Effects on the Battery Electrochemical Performances
- 주제(키워드) 실리콘 음극 , 리튬이온배터리 , 유변물성 , 구연산 , 붕사-가교결합 CMC 바인더
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김주민
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034514
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 차세대 리튬이온배터리 음극 소재로 주목받고 있는 실리콘 음극 슬러리의 유변물성과 전기화학적 특성을 분석하였다. 구연산과 붕사를 첨가하여 슬러리의 분산 안정성과 기계적 강도를 개선하고, 전극 제조 공정에 적합한 최적의 유변 물성을 확보하는 것을 목표로 하였다. 구연산은 실리콘 입자 표면에 안정적인 Solid Electrolyte Interface(SEI) 층을 형성하여 전극의 구조적 안정성을 높였지만, 과도한 첨가 시 슬러리의 점도가 낮아지고 고속 충방전 성능을 저해하는 단점이 나타났다. 붕사-가교결합 CMC 바인더는 높은 pH 환경에서 바인더의 기계적 강도를 강화하고 전단 및 신장 유변물성을 효과적으로 개선하였다. 또한, 슬러리 제조 과정에서 혼합 순서는 중요한 변수로 확인되었다. 실리콘 입자와 용매를 사전 혼합하여 균일한 분산을 유도한 뒤 바인더와 도전재를 추가하는 방식이 기존 방법보다 더 균일한 슬러리를 형성하고 전극의 전기화학적 성능을 향상시키는데 기여하였다. 특히, 신장 유변물성 실험에서는 붕사가 핀치-오프 시간을 증가시키고 브리지 안정성을 높임으로써 고속 코팅 공정에서 전극 품질을 개선할 수 있음을 보여주었다. 전기화학적 평가 결과, 붕사-가교결합 CMC 바인더를 활용한 슬러리는 높은 C-rate 조건에서도 안정적인 충방전 성능을 유지하였다. 본 연구는 실리콘 음극 슬러리의 유변물성 제어와 제조 공정 최적화를 통해 차세대 리튬이온배터리의 성능과 수명을 개선할 수 있는 방법론을 제시하며, 향후 상업화를 위한 공정 개발 및 소재 설계 연구의 기초 자료를 제공 할 수 있을 것으로 기대된다. 주제어: 실리콘 음극, 리튬이온배터리, 유변물성, 구연산, 붕사-가교결합 CMC 바인더, 분산 안정성, 전기화학적 성능, 고속 충방전, 신장 유변물성
more목차
1. 서론 1
2. 실험 재료 및 슬러리 제조 과정 5
2-1. 실리콘 음극 슬러리 조성 및 제조 5
2-2. 실리콘 음극 슬러리 용매의 특성 측정 방법 7
2-3. 실리콘 음극 슬러리의 용매의 이온세기 10
2-4. 실리콘 음극 슬러리의 유변물성 측정방법 16
2-5. 실리콘 음극의 슬롯-다이 코팅 및 전기화학적 성능 테스트 18
3. 결과 및 토론 20
3-1. 용매의 이온 세기가 슬러리 전단점도에 미치는 영향 20
3-2. 용매의 pH 따른 실리콘 입자의 제타포텐셜 변화 23
3-3. CMC 치환도에 따른 전단점도 변화 26
3-4. 용매에 따른 실리콘 음극 슬러리의 모듈러스 특성 변화 28
3-5. 붕사를 활용한 용매의 pH 조절 및 유변물성 측정 31
3-6. 혼합 순서가 실리콘 음극 슬러리의 전단점도에 미치는 영향 35
3-7. 실리콘 음극 슬러리의 신장 유변물성 38
3-8. 전기화학적 성능에 미친 영향 40
4. 결론 43
5. 참고문헌 46
