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한국전기화학회 한국전기화학회

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Vol.16, No.3, August 2013

First-Principles Investigation of the Surface Properties of LiNiO2 as Cathode Material for Lithium-ion Batteries제일원리계산을 이용한 리튬이차전지 양극활물질 LiNiO2의 표면 특성에 관한 연구
JKES Vol.16, No.3, pp.169-176, August 2013
DOI : 10.5229/JKES.2013.16.3.169
Heesung Choi* and Maeng-Eun Lee최희성*·이맹은
R&D center, Samsung SDI Co., Ltd.(주)삼성SDI 중앙연구소
현재 이차전지에서 사용중인 양극활물질은 구조 안정성이 높은 층상구조(Layered Structure)의 리 튬 금속 산화물(Solid State Lithium Oxide Compounds)이 주로 사용된다. 최근에는 리튬이차전 지의 성능향상을 위해서 음극활물질과 전해질 사이의 계면뿐만 아니라, 양극활물질과 전해질 사이 의 계면에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 계면의 연구를 위해서는 음극활물질 뿐만 아니라, 양극활물질의 표면에 관한 연구도 선행적으로 이루어져야 하는 상황이다. 대표적인 리튬 금속 산화물질인 니켈산리튬(LiNiO2)과 코발트산리튬(LiCoO2)은 서로 매우 유사한 구조를 갖는 층상구조의 양극활물질이다. 코발트산리튬이 다양한 실험적, 이론적 연구가 진행된 반면에, 니켈산 리튬은 실험적 연구에 비해서 이론적 연구가 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 니켈산리튬의 X-선 회절계 측정 결과(XRD data)에 나오는9개의 표면 방향을 범밀도함수이론(Density Functional Theory)을 이용하여 니켈산리튬 표면의 표면 에너지를 계산하였다. 니켈산리튬의 X-선 회절계 측 정 결과(XRD data)에서는 (003), (104), (101), (110) 결정 등등이 순차적으로 주요하게 존재하는 것으로 확인되었다. 그러나 시뮬레이션을 이용한 각각의 표면 에너지 계산 결과, X-선 회절계 측 정 결과와 다른 순서로 안정한 표면 에너지가 나타나는 결과를 얻었다. 따라서 에너지적으로 안정 한 표면이자, X-선 회절계에서 주요하게 나타나는 (104)와 (101) 방향의 니켈산리튬 표면이 많이 노출되어 Li 이온의 충방전시 리튬의 삽입·탈리에 영향을 줄 것으로 예상된다.
Keyword : LiNiO2, Cathode material, Surface properties, Lithium-ion battery, Ab-initio calculation

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