Hydrothermal synthesis of Li-Mn spinel nanoparticle from K-Birnessite and its electrochemical characteristics

초록

본 연구에서는 리튬 2차 전지의 양극물질 중 하나인 Li-Mn spinel (LiMn2O4)을 합성하기 위해 전구체로 K-Birnessite (KxMnO2⋅yH2O)를 이용하였다. K-Birnessite는 과망간산칼륨[KMnO4]과 우레아[CO(NH2)2]를 사용하여 수열합성법으로합성하였고, K-Birnessite와 LiOH를 수열 반응시켜 Li-Mn spinel 나노입자를 제조하였다. 리튬함량에 따른 Li-Mn spinel 의 구조 및 형상 변화와 전기화학적 특성에 대한 경향성을 알아보기 위해 LiOH와 K-Birnessite의 몰 비를 조절하여Li-Mn spinel를 합성하였다. 합성된 분말은 X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), thermogravimetry (TG)를 이용하여 물질의 구조 및 형상을 분석하였고, 정전류법으로 양극재의 용량과 율 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 LiOH/K-Birnessite의 몰 비가 0.8일 때 가장큰 용량(117 mAhg -1)을 나타냈고, 몰 비가 증가할수록 Li-Mn spinel 중 리튬함량이 증가하여 용량은 감소하였으나, 입자크기는 작아져서 율 특성은 점점 향상되는 경향을 보였다.

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