Charge-Discharge Characteristics of Carbonaceous Materials for a Negative Electrode in Lithium-Ion Batteries

리튬이온전직용 카본계부극재료의 충방전 특성

Graphite and carbonaceous materials intercalate and deintercalate Li-ion reversibly into their layered structures. These materials show an excellent capacity for using a negative electrode in Li-ion batteries, because the electrochemical potential of Li-ion intercalated carbon is almost identical with that of lithium metal. Carbon used in this study was obtained by the pyrolysis of petroleum pitch, and heat-treated at the several temperatures between $700^{\circ}C$ and $1300^{\circ}C$. XRD analysis revealed that crystallization of carbon increased with increasing the heat treatment temperature. Charge/discharge properties were studied by a constant-current step at the rate of 0.1C, and the interfacial reaction between the electrolyte and the surface of carbon electrode was studied by cyclic voltammetry. Cell capacities were investigated in terms of the heat treatment temperature and the cycle number. Reversible capacity increased with the heat treatment temperature up to $1000^{\circ}C$, thereafter decreased continuously. Also, charge capacity decreased with the cycle number, while the reversibility improved with it.

흑연 및 카본계 재료는 층상구조 내부로 리튬이온을 가역적으로 intercalation /deintercalation시킬 수 있는 특성을 지니고 있다. 리튬이온이 intercalation된 카본의 전기화학적 퍼텐셜은 리튬금속에 가까운 값이므로, 리튬이온전지의 부극용 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 petroleum pitch를 열분해시킨 후, 700~$1300^{\circ}C$의 서로 다른 온도에서 각각 3시간 동안 열처리한 카본을 사용하였다. XRD 측정 결과, 카본의 결정성은 열처리 온도와 함께 증가하였다. 충방전 특성 시험 및 전해질과 카본전극 표면 사이의 계면 반응특성은 각각 0.1C의 속도로 정전류법에 의한 충방전 시험과 순환전압전류법(CV)에 의해 평가하였으며, 열처리 온도와 충방전 횟수에 따른 용량과의 관계에 대하여 논의하였다. 가역용량(reversible capacity)은 열처리 온도가 증가함에 따라 $1000^{\circ}C$까지는 증가하지만, 그 이상의 온도에서는 약간 감소하는 경향을 보였다. 또한, 충방전 횟수가 증가할수록 충전용량은 감소하지만, 가역특성(reversibility)은 향상되었다.