초록
Layer-by-layer 방법을 기초로 기존의 방법보다 간단히 합성된 껍질 두께를 달리한 속이 빈 구형체인 폴리아닐린과 폴리피롤을 리튬이차전지 양극 활물질로 사용하여 껍질 두께에 따른 방전용량에 미친 효과를 조사하였다. 유화중합으로 중합된 음이온계 계면활성제에 의해 표면 개질 된 폴리스타이렌을 지지체로 사용하였다. 아닐린과 피롤의 모노머 양을 각각 다르게 추가하여 합성하여 쉘 두께를 조절하였다. 그 후, 유기용매를 통해 폴리스타이렌을 제거하여 속이 빈 구형체를 제조하였다. 이는 리튬이차전지에서 전해액과의 접촉을 증가시키기 위해 넓은 표면적을 가진 속이 빈 구형체 구조로 제조하고, 분자량 조절이 어렵고 단위부피당 질량이 낮아 용량이 낮은 단점을 가진 고분자를 껍질 두께의 조절로 단점을 보완하고자 하였다. 아닐린 모노머 양을 1.2, 2.4, 3.6, 4.8 및 6.0 mL로 증가시킨 경우 폴리아닐린의 껍질 두께는 30.2, 38.0, 42.2, 48.2 및 52.4 nm이고 피롤 모노머 양이 0.6, 1.2, 2.4 및 3.6 mL일 경우 양극재료는 폴리아닐린의 경우 껍질 두께가 30.2, 42.2 및 52.4 nm 일 때, 10회 후, 방전 용량은 약 ~18, ~29 및 ~62 mAh/g으로 나타났으며, 폴리피롤의 경우 껍질 두께가 16.0, 22.0, 27.0 및 34.0 nm 일 때, 15회 후, 방전용량은 약 ~15, ~36, ~56 및 ~77 mAh/g으로 껍질의 두께가 증가할수록 방전용량 역시 증가하는 것을 알 수 있었다.
Polyaniline (PANI) and polypyrrole (Ppy) hollow sphere structures with controlled shell thicknesses can be easily synthesized than those of using a layer-by-layer method for cathode active material of lithium-ion batteries. Polystyrene (PS) core was synthesized by emulsion polymerization using an anion surfactant. The shell thicknesses of PANI and Ppy were controlled by amounts of aniline and pyrrole monomers. PS was removed by an organic solution. This structure increased in contact with an electrolyte and a specific capacity in lithium-ion batteries. But polymers have disadvantages such as the difficult control of molecular weights and low densities. These disadvantages were completed by controlled shell thicknesses. The amount of aniline monomer increased from 1.2, 2.4, 3.6, 4.8 to 6.0 mL, and the shell thicknesses were 30.2, 38.0, 42.2, 48.2, and 52.4 nm, respectively. And the amount of pyrrole monomer was 0.6, 1.2, 2.4 and 3.6 mL, the shell thicknesses were 16.0, 22.0, 27.0 and 34.0 nm, respectively. In the cathode materials with controlled shell thicknesses, shell thicknesses of the PANI hollow spheres were 30.2, 42.2, and 52.4 nm, and discharge specific capacities of after 10 cycle were ~18, ~29, and ~62 mAh/g, respectively. The shell thicknesses of the Ppy hollow spheres were 16.0, 22.0, 27.0 and 34.0 nm, and discharge specific capacities of after 15 cycle were ~15, ~36, ~56, and ~77 mAh/g, respectively. Thus, shell thicknesses of PANI and Ppy increased, the specific capacities increased.
