피치·실리콘 복합 탄소계 리튬이온전지 음극 소재 연구

Pitch/Silicon Composite Carbon Anode Materials for Li-ion Batteries

연구 내용

피치 기반 다공성 탄소와 실리콘 복합구조를 설계하여 리튬이온전지 음극의 전기화학적 성능과 사이클 안정성을 확보하는 연구

리튬이온전지 음극에서 실리콘 기반 소재의 큰 부피 팽창과 전기전도도 한계는 사이클 성능을 제한합니다. 연구실은 피치계 탄소를 기반으로 다공성 구조를 형성하고, 실리콘을 탄소층으로 코팅하거나 복합 전극으로 배치하여 구조 붕괴와 계면 저항 증가를 완화하는 전략을 수행합니다. 금속 식각에 의한 표면 포어 제어, 실리카 코팅 흑연/실리콘/피치 복합체 제조, 그리고 열처리 조건에 따른 탄소의 흑연화 거동을 함께 조절합니다. 순환전압전류법, 전기화학 임피던스 분광, 열중량분석, SEM 및 구조분석을 통해 성능-구조 상관을 정립합니다. 또한 할로우 실리콘 복합소재 제조기술로 장기 안정성 향상 가능성을 확보합니다.

관련 프로젝트

3건

연구 흐름

초기에는 흑연 표면에 코팅된 구조를 기반으로 흑연/실리콘/피치 복합소재의 전기화학적 특성을 확인하고, 열중량분석과 전자현미경 관찰을 통해 열·구조 거동을 정리했습니다. 이후에는 금속 식각으로 표면 포어를 만들고 피치와 실리콘의 비율을 조절하여 빠른 충전 조건에서도 성능 저하를 줄이는 방향으로 연구를 확장했습니다. 2023년에는 피치 기반 탄소의 구조를 제어하여 이온 수송과 계면 변화의 원인을 분석했습니다. 2024년에는 PFO 기반 탄소 전극의 열처리 온도에 따른 흑연화/비정질 전환과 전기화학 반응의 차이를 검증했으며, 2025년에는 Si@C가 포함된 탄소 코팅 복합체의 열안정성과 전기화학 특성을 평가했습니다. 이 과정에서 리튬이차전지 음극용 피치 코팅 흑연/실리콘 복합소재 개발 과제를 수행했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

고용량 리튬이온전지 음극소재
급속충전용 전극 설계
피치계 탄소 코팅 공정
실리콘 부피 팽창 완화 전극구조
금속 식각 기반 다공성 흑연 제조
전해질 계면 저항 저감 소재
열처리 조건 최적화 기반 그래파나이제이션 제어
사이클 안정성 평가 및 분석 프레임
전극 복합체 제조의 공정 스케일업
구조-전기화학 성능 상관 데이터 기반 설계