소성법에 의한 LiMn2O4의 제조시 반응 온도의 영향과 전기화학적 특성

The Effect of Reaction Temperature for Synthesis of LiMn2O4 by Calcination Process and the Electrochemical Characteristics

  • 이철태 (단국대학교 공과대학 화학공학과) ;
  • 이진식 (단국대학교 공과대학 화학공학과) ;
  • 김현중 (단국대학교 공과대학 화학공학과)
  • Lee, Chul-Tae (Dept. of Chem. Eng., College of Eng., Dankook Univ.) ;
  • Lee, Jin-Sik (Dept. of Chem. Eng., College of Eng., Dankook Univ.) ;
  • Kim, Hyun-Joong (Dept. of Chem. Eng., College of Eng., Dankook Univ.)
  • 투고 : 1997.11.03
  • 심사 : 1998.02.19
  • 발행 : 1998.04.10

초록

스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$$Li_2CO_3$$MnO_2$를 사용하여 $750{\sim}900^{\circ}C$에서 소성해서 합성하였다. 이 때 $850^{\circ}C$에서 12시간 동안 소성할 경우 입방정 구조의 $LiMn_2O_4$가 얻어졌다. 그러나 $900^{\circ}C$에서 소성해서 합성할 경우 산소의 발생으로 인해서 0.06M의 $Mn^{+4}$$Mn^{+3}$로 전이되면서 $LiMn_2O_{3.97}$이 얻어졌다. 이것은 스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$에서 octahedral site의 $Mn^{+3}$ 이온의 증가로 인해서 Jahn-Teller distortion이 발생되며, 이로 인해 $3.6{\sim}4.3V_{Li/Li}+$의 전위범위에서 $0.25mA/cm^2$으로 15 cycle 동안 충 방전 실험한 결과 $900^{\circ}C$에서 합성된 스피넬 구조의 $LiMn_2O_4$는 82 mAh/g에서 50 mAh/g으로 용량 감소가 나타났으나 $850^{\circ}C$에서 합성한 $LiMn_2O_4$는 102~64 mAh/g을 유지했다.

The spinel structured $LiMn_2O_4$ was prepared from $Li_2CO_3$ and $MnO_2$ by calcination at various temperatures in the range of $750{\sim}900^{\circ}C$. It was found that the most suitable cubic structure of $LiMn_2O_4$ was obtained by heating at $850^{\circ}C$ for 12 hrs. However, in the calcination at $900^{\circ}C$, $Mn^{4+}$ of 0.06M was changed to $Mn^{+3}$ by the oxygen loss, so that it has been shown that the formula has changed to $LiMn_2O_{3.97}$. This phenomena were in agreement with the Jahn-Teller distortion by the increment of $Mn^{+3}$ ion on the octahedral sites of the spinel structured $LiMn_2O_4$. The results showed that after 15 charge/discharge cycles in the voltage range from 3.5V to 4.3V versus Li/$Li^+$ with a current density of $0.25mA/cm^2$, the spinel structured $LiMn_2O_4$ that was prepared at $900^{\circ}C$ showed a lower discharge capacity, 82~50 mAh/g, while the $LiMn_2O_4$, prepared at $850^{\circ}C$, showed the discharge capacity of 102~64 mAh/g.

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과제정보

연구 과제 주관 기관 : 단국대학교

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