NCM 직접재활용 불순물 열화 분석
직접재활용 공정에서 Al, C, F 유래 잔존 불순물이 양극재 구조, 계면 및 전기화학 성능에 미치는 영향을 규명한 연구입니다.
연구 개요
NCM 양극재 직접재활용 과정에서 잔존하는 Al, C, F 유래 불순물이 소재 구조, 계면, 전기화학적 성능에 미치는 영향을 비교했습니다. 불순물의 영향과 재생 열처리 공정 자체의 영향을 구분하여 열화 메커니즘을 해석하는 것이 핵심 목표였습니다.
연구 범위
불순물 독립 모사 → NCM 재생 → 조성·결정구조·계면 분석 → 전기화학적 성능 비교
문제와 가설
잔존 불순물은 표면층을 형성하거나 재생 공정의 입자 성장에 영향을 줄 수 있습니다. 성능 저하를 단순히 잔류 농도 차이로 해석하지 않고, 시료마다 나타나는 열화 경로를 독립적으로 확인하고자 했습니다.
Al 유래 불순물
LiAlO₂ 기반 표면층 형성과 계면 특성 변화 검토
C 유래 불순물
재생 열처리와 1차 입자 성장에 따른 성능 변화 검토
F 유래 불순물
LiF 표면층 형성과 Li⁺ 전달 저항의 관계 검토
실험 설계
Al, C, F 변수 설정과 시료 제조를 수행하고, 동일한 분석 체계에서 구조와 계면, 전기화학 데이터를 비교하도록 설계했습니다.
분석 및 해석
표면 화학상태와 미세구조는 XPS 및 HRTEM으로, 결정구조와 입자 형상은 XRD 및 전자현미경으로 확인했습니다. EIS 및 충방전 평가 결과를 함께 해석하여 원인별 성능 저하 경로를 검토했습니다.
LiAlO₂ 기반 표면층에 따른 계면 영향 분석
LiF 표면층 형성과 전하이동저항 증가의 연관성 분석
고온 소성 후 탄소 잔존량 자체보다 1차 입자 성장 등 공정 유래 변화에 주목
핵심 성과
불순물별 계면 저항 기반 열화와 구조적 열화를 구분해 설명하고 연구 결과를 논문화했습니다.
본인 기여
연구 전 과정 직접 수행
Al, C, F 변수 설정, 시료 제조, 분석 계획 수립, 결과 해석, 논문 작성에 참여했습니다. HRTEM 해석 과정에서는 격자간 거리 및 FFT 분석 방법을 학습해 표면층의 결정상 근거를 검토했습니다.
핵심 인사이트
소재 성능 저하 원인을 하나의 분석 결과로 단정하기보다, 공정 이력과 구조·계면·전기화학 데이터의 연결을 통해 복수의 열화 메커니즘을 구분하는 접근이 중요하다는 점을 배웠습니다.