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리튬이온 이차전지의 성능 향상을 위해 실리콘 일산화물 기반 음극 활물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 전자전달 경로 최적화를 통해 전기화학적 성능을 향상시키고자 하였다. 이를 위해 먼저 전극 내 도전재인 카본블랙의 함량을 조절하여 전자전달 채널의 양을 변화시키고, 그 성능을 비교하였다. 또한, Cu foil 대신 3차원 구조의 다공성 Cu foam을 집전체로 사용하여 거시적인 전자전달 경로를 제공하고, 카본블랙의 일부를 탄소 나노튜브로 대체하여 미시적인 전자전달 경로를 발달시키는 방법을 각각 및 동시에 적용하여 전극을 제조하고 평가하였다. 그 결과, 카본블랙의 함량이 증가함에 따라 전자전달 채널의 수가 증가하고, 이는 사이클 성능 및 속도특성의 개선으로 이어졌다. 또한, Cu foam 및 탄소 나노튜브의 적용은 성능을 더욱 향상시키는 결과를 가져왔다. 이는 도전재의 함량을 증가시키지 않으면서도 효율적인 전자전달 경로를 구축한 것으로, 향후 실리콘 일산화물 기반 음극의 상용화 가능성을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.

Abstract : Research on silicon monoxide (SiO) negative electrode materials for lithium-ion batteries has been actively pursued to enhance performance. In this study, we aimed to improve electrochemical performance by optimizing the electron transport pathways. The content of carbon black, as a conducting agent, was adjusted to vary the number of electron transport channels, and the resulting performance was compared. Additionally, two strategies were adopted. First, a 3D porous Cu foam was used as the current collector instead of flat Cu foil to provide macroscopic electron transport pathways. Second, a portion of carbon black was replaced with carbon nanotubes (CNTs) to develop microscopic electron transport pathways. These modifications were applied individually and simultaneously to fabricate and evaluate the electrodes. The results showed that increasing the carbon black content led to more electron transport channels, improving cycle performance and rate capability. Furthermore, the use of Cu foam and CNTs further enhanced performance. These findings demonstrate the establishment of efficient electron transport pathways without increasing the content of conductive additives, which could contribute to the commercialization potential of high-capacity negative electrodes in the future.