Coin cell 충∙방전 용량유지율 특성 분석

합성되어진 Organosilicon를 1M LiPF6 in EC:DMC:DEC = 3:3:4 (v/v/v)에 Ion conductivity와 Linear Sweep Voltammetry의 특성이 좋은 Organosilicon(1, 2, 6, 7, 10) 5 wt% 혼합하여 coin cell을 제작하여 100 cycle 용량유지율을 측정하였다.

Figure 8. Organosilicon 5 wt% 이 포함되어진 coin cell 충∙방전 용량유지율

그 결과 reference coin cell의 경우 초기용량이 145.50 mAh/g이고 100 cycle의 충∙방전 용량유지율이 1 cycle에 비해 94.71%를 나타내었다. Organosilicon 1이 5

wt% 포함되어진 전해질이 포함되어있는 coin cell의 경우 초기용량이 144.70 mAh/g이고 100 cycle의 충∙방전 용량유지율이 1 cycle에 비해 92.74%를 나타내었 으며 Organosilicon 2이 5 wt% 포함되어진 전해질이 포함되어있는 coin cell의 경 우 초기용량이 130.28 mAh/g이고 100 cycle의 충∙방전 용량유지율이 1 cycle에 비 해 89.35%, Organosilicon 6이 5 wt% 포함되어진 전해질이 포함되어있는 coin cell의 경우 초기용량이 122.03 mAh/g이고 100 cycle의 충∙방전 용량유지율이 86.74%, Organosilicon 7이 5 wt% 포함되어진 전해질이 포함되어있는 coin cell의 경우 초기용량이 135.07 mAh/g이고 100 cycle의 충∙방전 용량유지율이 72.67% 마 지막으로 Organosilicon 10 이 5 wt% 포함되어진 전해질이 포함되어있는 coin cell의 경우 초기용량이 120.60mAh/g이고 100 cycle의 충∙방전 용량유지율이 96.79%를 확인하였다. 특히 Organosilicon 1이 5 wt% 포함되어진 경우 초기용량이 144.70 mAh/g, 100 cycle 충∙방전 용량유지율이 92.74%로 reference 값과 초기용 량이 0.8 mAh/g, 100 cycle 충∙방전 용량유지율이 1.97% 낮은 값으로 거의 비슷한 성능을 보임을 확인하였고 Organosilicon 10의 경우 초기용량 120.60 mAh/g, 100 cycle 충∙방전 용량유지율 96.79%으로 초기용량은 reference 값보다 24.9 mAh/g 정도로 낮은 성능을 나타내었지만 100 cycle의 충∙방전 용량유지율은 reference coin cell보다 2.08% 높은 성능을 나타내었다. 위의 결과로 좋은 특성을 보인 Organosilicon 1의 함량과 충∙방전 속도에 따른 용량유지율 특성을 측정하기 위하 여 Organosilicon 1의 함량을 5 wt% ~ 20 wt% 까지 포함되어진 coin cell를 제조 하였고 제조되어진 coin cell을 충∙방전 속도 1C에서 100 cycle의 충·방전 용량 유지율을 측정하고 각각 0.2C ~ 5C ~ 0.2C 조건으로 5cycle 씩 총 45 cycle의 충∙

방전 용량유지율을 측정하였다.

Figure 9. Organosilicon 1의 함량과 충∙방전 속도에 따른 충∙방전 용량유지율

Organosilicon 1의 함량에 따른 충∙방전 용량유지율 측정 결과 reference coin cell과 Organosilicon 1이 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%의 초기용량 결과 139.6, 138.9, 135.3, 131.7,128.8 mAh/g의 결과와 100 cycle 충∙방전 용량유지율 이 93.8, 92.7, 91.8, 90.8, 89.6%를 나타냈으며 Organosilicon 1의 함량이 높아 지짐에 따라 초기용량과 충∙방전 용량유지율이 낮아지는 경향을 확인하였다. 또한 Organosilicon 1 의 함량과 충∙방전 속도에 따른 충∙방전 용량유지율 측정 결과 reference coin cell과 Organosilicon 1이 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt% 의 초 기용량 결과 140.2, 138.9, 135.9, 132.3, 129.3 mAh/g의 결과를 나타냈으며 충∙

방전 속도를 0.2C ~ 5C ~ 0.2C 까지 변화에 따른 용량유지율을 측정해본 결과 Organosilicon 1의 함량과 충∙방전 속도가 증가함에 따라 용량이 낮아지는 경향을 보였으며 특히 Organosilicon 1이 5 wt% coin cell의 경우 reference coin cell과 초기용량에서 1.3 mAh/g 차이와 충∙방전 속도가 빠른 5C에서 1% 차이가 있지만 가 장 이상적인 성능을 확인하였다. 또한 Organosilicon 1에 함량에 따른 coin cell 저온에서의 충∙방전 용량유지율 특성을 알아보고자 Organosilicon 1의 함량을 5 wt% ~ 20 wt% 까지 포함되어진 coin cell를 제조하였고 제조되어진 coin cell를 각각 15℃ 간격으로 30℃ ~ -30℃ ~ 30℃ 조건으로 6 cycle 씩 1C 속도로 충∙방전 용량유지율을 측정하였다.

Figure 10. Organosilicon 1의 함량에 따른 저온 충∙방전 용량유지율

측정 결과 30℃ ~ -15℃까지는 reference coin cell이 Organosilicon 1이 포함되 어진 coin cell에 비해 낮은 초기용량을 가지고 있지만 –30℃에서 reference coin cell은 31%의 용량유지율을 가지고 있으며 Organosilicon 1이 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt% 포함되어진 coin cell의 경우 각각 50%, 44%, 23%, 5%의 용량유지율 을 나타내었다. 이러한 결과를 통해서 Organosilicon 1이 5 wt%, 10 wt% 포함되어 진 coin cell의 경우 –30℃에서 reference coin cell 보다 높은 용량유지율을 가 지고 있음을 확인하였고 –30℃에서 충∙방전 이후 –30℃ ~ 30℃까지의 reference coin cell 용량유지율을 보면 용량유지율의 성능이 30℃ ~ -30℃ 보다 떨어진 것 을 볼 수 있다. 이러한 점을 통해 –30℃에서의 reference coin cell의 충∙방전 중 에 coin cell 내부에서 전해질이 결정화되면서 coin cell에 데미지를 주는 것으로 예상되며 그에 반해 Organosilicon 1이 5 wt%, 10 wt%가 포함되어진 coin cell의 경우 –30℃에서도 충∙방전을 하여도 그 이후 용량유지율을 유지하는 것으로 보아 coin cell 내부에서 전해질이 결정화되지 않아 coin cell에 데미지를 주지 않는 것으로 예상된다. 저온 충∙방전 용량유지율 측정 실험을 통해 Organosilicon 1이 5 wt% 포함되어진 coin cell이 가장 이상적인 저온 충∙방전 용량유지율을 가지고 있으며 저온에 노출되어 충∙방전 시 coin cell에 데미지를 주지 않는 결과를 나타 내었다.